بررسی رفتار گرمایی و سیالاتی مبادله‌کن‌گرمایی هوا ‌خنک‌شو برای به‌کارگیری در سامانه شبیه ساز ارتفاع

نوع مقاله : پژوهشی کامل

نویسندگان

1 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی جندی شاپور دزفول، دزفول، ایران

2 دانشجو، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی جندی شاپور دزفول، دزفول، ایران

چکیده

مبادله‌کن‌گرمایی یکی از بخش های مهم در سامانه شبیه سار ارتفاع است. در این مطالعه شناسایی مبادله‌کن‌گرمایی هوا‌خنک‌شو با هدف استفاده بهینه از دمای هوای محیط حائز اهمیت است، بنابراین پس از طراحی، شبیه سازی رفتار گرمایی مبادله‌کن‌گرمایی با استفاده از نرم افزار Anysys CFX انجام گرفته است. هدف نهایی شناسایی عملکرد این مبادله‌کن‌گرمایی برای شرایط خاص شامل دمای بالا و فشار پایین این سیستم است که بوسیله نرم افزارهای طراحی Aspen و HTRI و تحلیل‌های نرم افزاری Ansys CFX بدست آمد. سنجش صحت طراحی صورت گرفته با دو روش انجام گرفت. ابتدا مدل محاسباتی مورد استفاده با استناد به نتایج آزمایشگاهی از هندسه‌ای مشابه تائید گردید. سپس نتایج حاصل از دو نرم افزار طراحی، با روش دینامیک سیالات محاسباتی که در گام قبل اعتبار‌سنجی شده بود، مقایسه گردید. نتایج نشان داد طراحی صورت گرفته برای فشار حداقل 50 میلی بار به‌خوبی تأمین کننده اختلاف دمای مورد نیاز برای گازهای داغ 650 درجه است و بر اساس شرایط واقعی می‌تواند تبادل گرما لازم را تأمین کند. نتایج تحلیل‌های انجام شده، دمای خروجی سیال گرم از مبادله‌کن را 50 درجه سلسیوس نشان داد. علاوه بر این میزان افت فشار سمت لوله پس از عبور از 3 گذر در بحرانی‌ترین حالت کاری سیستم نزدیک به 5% فشار ورودی مبادله‌کن به دست آمد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Ballough, J.J., Correlation, Operation, Design, and Modification of Turbofan/Jet Engine Test Cells, Federal Aviation Administration, Advisory circular AC, 2002
[2]  Japan Aerospace Exploration Agency, Altitude Test Facility, 7 2010. [Online]. Available: http://global.jaxa.jp/. [Accessed 5 May 2018].
[3]  K. Hyung Do, B. Choi, Y.-S. Han and T. Kim, Experimental investigation on the pressure drop and heat transfer characteristics of a recuperator with offset strip fins for a micro gas turbine, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 103, pp. 457-467, 2016.
[4]  Vick M., Young T., Kelly M., Hinnant K. M. and Tuttle S. G, "A Simple Recuperated Ceramic Microturbine: Design Concept, Cycle Analysis, and Recuperator Component Prototype Tests, In Proceedings of ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Technical Conference and Exposition, Seoul, South Korea, 2016.
[5]  Babu T. P. A. and Talekala M. S., Evaluation of heat transfer surfaces for compact recuperator using a CFD code, Heat Mass Transfer, Vol. 45, pp. 767-774, 2009.
[6]   Brown, R., A Procedure for Preliminary Estimates of Air Cooled Heat Exchangers, Chemical Engineering McGraw-Hill Publication Book Co., Newyork, 1979.
[7]  Ganapathy V., Process-Design Criteria of Air Cooled Heat Exchangers, Chemical Engineering, McGraw-Hill Publication Book Co., NewYork, 1979.
[8]  Tarrad A. H. Khudor and D. S., A Correlation for the Air-Side Heat Transfer Coefficient Assessment in Continuous Flat-Plate Finned Heat Exchangers, Journal of Thermal Science and Engineering Applications, p. 9, 2015.
[9]  Kessen, M.J., Optimal Design of an Air-Cooled Condenser for Flue Gas from a Power Plant, PhD. Thesis, Lehigh University, 2012.
[10]             Wongwises S. and Chokeman Y., Effect of fin pitch and number of tube rows on the air side performance of herringbone wavy fin and tube heat exchangers, Energy Conversion and Management, Vol. 46, pp. 2216-2231, 2004
[11]             Eckels P. W, and Rabas T., Heat Transfer and Pressure Drop of Typical Air Cooler Finned Tubes, Journal of Heat Transfer, Vol. 107, pp. 198-204, 1985.
[12]             Kim Y., Kim Y., Heat transfer characteristics of flat plate finned-tube heat exchangers with large fin pitch, International Journal of Refrigeration, Vol. 28, pp. 851-858, 2005.
[13]             Wang C. C., Liaw J. S. and Yang B. C., Airside performance of herringbone wavy fin-and-tube heat exchangers – data with larger diameter tube, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 54, pp. 1024-1029, 2011.
[14]             Cen Z. L., Zhao J. G. and Shen X. B., Comparative Study of Omega RSM and RNG k–ε Model for the Numerical Simulation of a Hydrocyclone, Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering (IJCCE), Vol. 33, pp. 53-61, 2014.
[15]             ANSYS CFX-Solver Theory Guide, ANSYS, lnc, Canonsburg, 2013.
[16]             Khaghani Nezhad H. and Jafari Nasr M., Thermal and hydraulic analysis of compact heat exchanger with Wavy fins, Iran Journal of Chemistry and Chemical Engineering (in persian), Vol. 34, pp. 104-77, 2015.
[17]             Cengel Y., Turner R. and Cimbala J., Fundamentals of Thermal-fluid Sciences, 4th edition, McGraw Hill Higher Education, London, 2012.
[18]             Bhutta M. M. A., Hayat N., Bashir M. H. and Khan A. R., CFD applications in various heat exchangers design: A review, Applied Thermal Engineering, Vol. 32, pp. 1-12, 2012.
[19]             Farhad N. T., Sirous Z. M., kazem R. and Reza T. A. , Baffle space impact on the performance of helical baffle shell and tube heat exchangers, Applied Thermal Engineering, Vol. 44, pp. 143-149, 2012.
[20]             Al-attab K. and Zainal Z., Performance of high-temperature heat exchangers in biomass fuel powered externally fired gas turbine systems, Renewable Energy, Vol. 35, pp. 913-920, 2010
[21]             Jorisch, W. (Ed.), Vacuum Technology in the Chemical Industry (Chapter 2: Condensation under Vacuum), Wiley-VCH Verlag GmbH & Co, 2015.
[22]             API RP14E, Recommended Practice for Design and Installation of Offshore Products Platform Piping Systems. 5th ed., American Petroleum Institute, Washington, 1991.