مدل‌سازي، طراحي و تحليل مبدل‌هاي حرارتي صفحه‌اي- فين‌دار با حجم ثابت به‌منظور حصول بيشترين بازيافت حرارتي در افت فشار و سطح انتقال حرارت ثابت

Modeling, Design and Analysis of Plate-Fin Heat Exchanger in Constant Volume, Constant Heat Transfer Area and Constant Pressure Drop to Obtain Maximum Energy Recovery

هدف از ارايه اين مقاله دستيابي به بيشترين بازيافت حرارتي در مبدل‌هاي حرارتي صفحه‌اي- فين‌دار با در نظر گرفتن حجم و مساحت انتقال حرارت ثابت در يك اختلاف فشار معين براي هر جريان است. اين مقاله روشي را براي انتخاب سطوح و طراحي مبدل‌هاي حرارتي صفحه‌اي فين‌دار كه در آن بيشترين افت فشار مجاز در يك حجم و سطح انتقال حرارت ثابت مورد استفاده قرار بگيرد، ارايه مي‌كند. مبدل‌هاي حرارتي صفحه‌اي فين‌دار متعددي با داشتن اختلاف در نوع فين، هندسه فين و ابعاد مبدل حرارتي (طول، عرض و ارتفاع) شرط حجم و سطح انتقال حرارت ثابت را ارضا مي‌كند. اعمال شرط استفاده از بيشترين افت فشار مجاز و از آن‌جايي كه نوع فين و ابعاد مبدل حرارتي با در نظر گرفتن شرط حجم و سطح ثابت و به‌دست مي‌آيد سبب مي‌شود كه با استفاده از مدل‌سازي حرارتي و هيدروليكي دماهاي خروجي هر جريان را در هر مبدل حرارتي به‌دست آورد. مبدل حرارتي كه داراي بيشترين دماي خروجي جريان سرد باشد به‌عنوان بهترين مبدل حرارتي از ديدگاه بيشترين بازيافت حرارتي انتخاب مي‌شود. در اين مقاله از يك پيش‌گرم‌كن متداول يك نيروگاه توربين گاز كه از نوع مبدل‌هاي حرارتي صفحه‌اي فين‌دار است، به‌عنوان مطالعه موردي براي اعمال روش ارايه‌شده استفاده شده است.

The purpose of this paper is to reach the maximum energy recovery or maximum cold stream outlet terminal temperature in a plate fin heat exchanger (PFHE) with constant volume and heat transfer area for a specified maximum pressure drop. This paper presents a methodology in surface selection and design of PFHE where full pressure drop utilization is taken as a design objective in constant heat exchanger volume and heat transfer area. Several kinds of PFHE with different fin type and geometries and different heat exchanger width, length and height could satisfy the constant volume and area condition. Setting maximum pressure drop could reduce these heat exchangers. While the fin type and dimension of each heat exchanger is extracted due to constant volume-area and pressure drop conditions respectively, the terminal temperature of the heat exchanger would be calculated utilizing thermo-hydraulic modeling of the PFHE. A typical gas turbine regenerator is chosen as case study. The methodology is applied to this case study and results are shown. The surfaces which result in maximum energy recovery are specified. In the cases in which energy recovery of some surfaces would be approximately the same, other parameters such as frontal area and flow length will be considered.