توضیحات
پروژه شبیه سازی جریان آب در لوله کاروگیت یا موجدار(corrugated pipe) در نرم افزار انسیس فلوئنت(ANSYS FLUENT)
روش های افزایش انتقال حرارت فعال و غیرفعال:
صرفه جویی در مصرف انرژی و مواد اولیه از یک سو و میل به کوچک سازی تجهیزات و کاهش آلاینده ها از سوی دیگر در چند دهه اخیر باعث شده تا با در نظر گرفتن مسائل اقتصادی و زیست محیطی تلاش های زیادی برای ساخت دستگاه هایی با تبادل حرارتی پربازده صورت گیرد. با شناخت اصول مربوط به روش های افزایش انتقال حرارت و طراحی تجهیزات انتقال حرارت، امکان صرفه جویی هر چه بیشتر در مصرف انرژی و کاهش آلودگی زیست محیطی میسر خواهد بود. به طور کلی روش های افزایش انتقال حرارت را می توان به سه روش فعال، غیرفعال و ترکیبی دسته بندی نمود.
روش های فعال:
در این روش ها از توان خارجی مانند الکتریکی، میدان های صوتی و سطوح ارتعاشی به منظور افزایش انتقال حرارت استفاده می شود.
روش های غیرفعال:
در این روش ها نیاز به هیچ توان خارجی برای افزایش انتقال حرارت نمی باشد.
روش های ترکیبی:
هرگاه دو و یا بیش از دو روش فعال یا غیرفعال به صورت همزمان مورد استفاده قرار گیرد، به آن روش ترکیبی گویند. عدم نیاز به عوامل خارجی در روش های غیرفعال، دلیل خوبی برای تمایل بیشتر استفاده از این روش ها به منظور حذف استفاده از توان بیشتر، کاهش مصرف انرژی و همچنین حذف تجهیزات جانبی محسوب می شود. برخی از روش های افزایش انتقال حرارت غیرفعال عبارت است از:
-زبری سطح
– تولید کننده های گردابه
– تغییر خاصیت رئولوژیکی سیال
-ریز کانال ها
– مبدل های حرارتی فشرده
– افزودنی ها به مایعات.
روش های فعال:
روش فعال به روشهایی اطلاق می گردد که نیازمند یک توان خارجی برای بهبود فرآیندها می باشد. تجهیزات کمکی مکانیکی، ارتعاش سطح، ارتعاش سیال، میدان های الکترواستاتیک، برخورد جت و اسپری نمونه ای از روش های فعال در افزایش انتقال حرارت هستند. به دلیل نیاز این روش به تجهیزات جانبی، استفاده از این روش محدودیت هایی در کاربردهای عملی ایجاد می کند.
روش های غیرفعال:
روش غیرفعال برخلاف روش قبل نیازی به اعمال نیروی خارجی ندارد. در این روش از اصلاحات سطحی و مهندسی برای لوله جریان با کمک تجهیزات متصل شده استفاده میشود. این روش نرخ انتقال حرارت را از طریق تغییر در الگوی جریان افزایش می دهد اما این امتیاز با افزایش افت فشار نیز همراه است. لوله های فنری، سطوح گسترش یافته (پره، لوور استریپ و وینگلت)، سطوح ناهموار(لوله موج دار و ریبه) و مغشوش کننده های جریان از جمله روش های غیرفعال به شمار می روند.
روش های غیرفعال شامل موارد زیر می باشند:
سطوح روکش شده یا اندودشده:
این سطوح دارای پوشش های فلزی مانند ذرات فلزی چسبیده به سطح با پوشش های غیر فلزی مانند تفلون هستند. در شکل زیر نمونه های سطوح روکش شده یا اندودشده دیده می شود. ایجاد روکش ناصاف فلزی روی سطح و یا ایجاد حفره های مکانیکی باعث ایجاد مواضع تشکیل بخار روی سطح می شوند که بخار را داخل خود محبوس کرده به حباب تبدیل می کنند. افزایش مواضع تشکیل بخار روی سطح موجب افزایش جوشش هسته ای تا ۱۰ برابر حالت سطح صاف می گردد.
سطوح زبر:
ساختار این زبری ها عموماً برای آشفتن زیرلایه لزج انتخاب می شود و هدف از استفاده از سطوح زبر افزایش سطح انتقال حرارت نمی باشد. کاربرد صفحات زیر عمدتاً منحصر به جریان های تک فاز می شود.
شکل سطوح زبر.
سطوح گسترش یافته:
بطور معمول در بسیاری از مبدل های حرارتی استفاده می شوند. شکل دهی صفحات با کنگره دار کردن آنها یکی از روش های ایجاد سطوح گسترش یافته می باشد.
شکل سطوح گسترش یافته.
وسایل افزایش دهنده جابجایی:
وسایل افزایش دهنده جابجایی که در کانال جریان تعبیه می شوند و از طریق جابجاکردن سیال داغ یا سرد روی سطح با توده سیال موجود در هسته جریان سبب افزایش انتقال انرژی در صفحات حرارتی می شوند. این وسایل در جریان های اجباری و سیال های تک فاز و دو فاز بکار می روند.
شکل تجهیزات افزایش دهنده جابجایی.
تجهیزات ایجاد چرخش در سیال:
شامل تعدادی آرایش هندسی با تجهیزات درون لوله ای در جریان های اجباری هستند که جریان چرخشی با/و ثانویه ایجاد می کنند. تیوب های سیم پیچی شده، تولید کننده های گرداب های داخلی و نوارهای مارپیچ مثال هایی از این تجهیزات هستند.
شکل نوار پیچیده شده.
لوله های مارپیچ:
استفاده از این تجهیزات منتهی به مبدل های فشرده تر می گردد. پیچه ها موجب ایجاد جریان های ثانویه و نیز تولید ورتیسیته می شوند و از این طریق انتقال حرارت را افزایش می دهند.
شکل لوله های مارپیچ.
شرح پروژه:
در این پروژه شبیه سازی جریان آب در لوله کاروگیت یا موجدار(corrugated pipe) در نرم افزار انسیس فلوئنت( ANSYS FLUENT) انجام شده است.
هندسه مسئله:
هندسه مسأله توسط نرم افزار انسیس دیزاین مدلر رسم گردید.
مش بندی و تولید شبکه:
پس از رسم هندسه، نیاز به مش زدن هندسه برای حل مسأله می باشد. برای این منظور از نرم افزار انسیس مشینگ( ANSYS Meshing) استفاده گردید.
شبیه سازی و حل:
شبیه سازی در نرم افزار انسیس فلوئنت(ANSYS FLUENT) انجام شده است.
حلگر:
به منظور حل مسئله از حلگر فشار مبنا (Pressure based) در شرایط پایا و گرانشی استفاده شده است.
مدل لزجت:
مدل آشفتگی معادله ای k-ε استفاده شده است.
سیال:
سیال مورد استفاده آب می باشد.
وابستگی سرعت-فشار:
برای ارتباط فشار-سرعت از الگوریتم حل سیمپل(SIMPLE) استفاده شده است.
نمونه نتایج شبیه سازی:
