نمایان
www.3manage.com
لایسنس آنتی ویروس

بررسی توزیع درجه حرارت در یک سوپر هیتر

بررسی توزیع درجه حرارت در یک سوپر هیتر:

هنگام عبور آب از درون یک لوله آب با توزیع دمای خاصی پیدا می کند که بستگی به میزان شار حرارتی وارد یا خارج شده از دیواره لوله دارد همچنین این توزیع دما وابسته به سرعت آب و قطر لوله خواهد بودمعادلات حاکم بر انتقال حرارت بدین صورت می باشد.

که در روابط بالا

q ‘ شار حرارتی منتقل شونده به آب میباشد

cp ظرفیت گرمایی ویژه

T0دمای آب خروجی

T1 دمای آب ورودی

u ضریب انتقال حرارت کلی

A سطح انتقال حرارت

اختلافات دمای الگوریتم بین سطح خارجی لوله و آب

که u ضریب انتقال حرارت کلی برابر با عکس مجموع مقاومت های حرارتی می باشدبرای واحد سطح می باشد

مقاومت جسم جامد در مقابل انتقال حرارت به صورت زیر می باشد

که K ضریب هدایت حرارتی جسم جامد و ضخامت این لایه از جسم جامد می باشد.

مقاومت فیلم حرارتی سیال که در نزدیک دیواره تشکیل میشودبه صورت زیر می باشد

که h ضریب انتقال حرارت سیال می باشد.

پس رابطه کلی به این صورت می باشد:

همانطور که مشاهده می شود هر چقدر u افزایش پیدا کند،برای یک اختلاف دمای خاص بین سیال و سطح بیرونی ثابت ،انتقال حرارت افزایش پیدا می کند می توان فرایند انتقال حرارت رابه صورت مدار الکتریکی نشان داد

 

که I مشابهq ،V مشابه و u مشابه می باشد.

یعنی برای یک نرخ انتقال حرارت خاص (q) با افزایش مقاومت در مقابل حرارت u کاهش پیدا می کند در نتیجه افزایش پیدا می کند.

چون دمای سطح خارجی لوله ثابت است در نتیجه می بایست دمای آب کاهش پیدا کند بنابراین دمای آب خروجی کاهش پیدا می کند.

همچنین هنگامی که شار حرارتی ثابتی به لوله وارد می شود یعنی دمای سطح خارجی لوله دما ثابت نیست.این شار حرارتی هنگامیکه در یک جسم جامد می خواهد منتقل شود نیاز به یک گرادیان دمایی دارد. هنگامیکه که رسوب روی لوله را فرا می گیرد به علت اینکه ضریب هدایت حرارتی آن خیلی پایین تر از ضریب هدایت حرارتی خود لوله می باشد در نتیجه گرادیان دمایی زیادی در دامن رسوب اتفاق می افتدو در نتیجه دمای دیواره لوله خیلی کم تر از حالتی خواهدبود که بدون رسوب می باشد.

در شکل زیر می توان این امر را نشان داد

 

 

همانطور که در شکل ۲ مشاهده می کنید با توجه به روابط که آن را می توان به صورت نوشت و با فرض خطی بودن گرادیان دما چون k رسوب پائین است در نتیجه برای یک ضخامت خاص از رسوب بوجود خواهد آمد. این بوجود آمده با بوجود آمده در ضخامت لوله جمع خواهد شد و کلی را خواهد داد. هرچه این بیشتر باشدTwi یعنی دمای دیواره داخلی مجاور سیال کمتر خواهد شدو افزایش دمای آب کمتر

 

برای نشان دادن تاثیر رسوب بر روی انتقال حرارت از نرم افزار Fluent استفاده شده است. که در این روش یک لوله ۲۰ متری با مشخصات لوله های سوپر هیتر در نظر گرفته شده است. به علت تقارن می توان حل را به صورت دو بعدی انجام داد. حل برای ۳ ضخامت مختلف رسوب و برای حالت بدون رسوب انجام شده است. و توزیع دما در داخل لوله در دو راستای مختلف بدست آمده است. مشخصات گرفته شده:

دمای سطح خارجی لوله ۱۳۰۰k

دمای ورودی آب به لوله ۵۰۰k

ضخامت رسوب اول ۲mm

ضخامت رسوب دوم ۴mm

ضخامت رسوب سوم ۶mm

ضریب هدایتی رسوب ۴٫۳۲w/m.c

 

مشخصات مش:

مش استفاده شده در محیط gambit می تواند به چند شکل مختلف و در اندازه مختلف باشد مشخصات مش استفاده شده در این مدل سازی به صورت زیر است:

نوع مش: map-quad

اندازه مش برای رسوب و ضخامت لوله : ۱ mm

اندازه مش برای سمت جریان: ۳mm

 

مشخصات لوله

طول لوله: ۲۰m

ضخامت لوله: ۰٫۰۰۶۴m

قطر داخلی لوله: ۰٫۰۴۱۹

قطر خارجی لوله: ۰٫۰۴۸۳m

 

نتایج:

نتایج این مدل سازی به صورت نمودار در صفحات بعد نشان داده شده است.

 

نمودارهای زیر به عنوان نتیجه داده شده اند:

۱-    توزیع دمای سیال در طول لوله به صورت کانتورهای رنگی برای ضخامت های مختلف رسوب

۲-    توزیع دمای سیال در طول لوله (در روی یک خط در مرکز لوله) به صورت نمودار برای ضخامت های مختلف رسوب

۳-    توزیع دما (پروفیل دما) در مقطع عمود بر جریان برای ورودی، میانه، و خروجی لوله برای ضخامت های مختلف رسوب

۴-    نمودار اختلاف درجه حرارت آب ورودی و خرجی بر حسب ضخامت رسوب

۵-    نمودار تغییرات درجه حرارت سطح در تماس آب در یک نقطه مشخص از لوله برحسب تغییرات رسوب

 

نتایج بدست آمده برای لوله بدون رسوب:

اختلاف دمای آب ورودی و خروجی لوله برای لوله ۲۰ متری ۶۷k می باشد یعنی دمای ورودی آب ۵۰۰k و دمای خروجی آب ۵۶۷k می باشد.

دمای سطح در تماس با آب در نقطه مشخص از لوله برای لوله بدون رسوب ۵۸۶k می باشد.

نتایج بدست آمده برای لوله با ضخامت رسوب ۲mm:

اختلاف دمای آب ورودی و خروجی لوله برای لوله ۲۰ متری ۲۸k می باشد. یعنی دمای آب ورودی ۵۰۰k و دمای آب خروجی ۵۲۸k می باشد.دمای سطح در تماس با آب در نقطه مشخص از لوله برای لوله با ضخامت رسوب ۲mm و ۵۳۶k می باشد.

نتایج بدست آمده برای لوله با ضخامت رسوب ۴mm.

اختلاف دمای آب ورودی و خروجی برای لوله ۲۰ متری ۱۶٫۵k می باشد. یعنی دمای آب ورودی ۵۰۰k و آب خروجی ۵۱۶٫۵k می باشد.

نتایج بدست آمده برای لوله با ضخامت رسوب ۶mm:

اختلاف دمای آب ورودی و خروجی لوله برای لوله ۲۰ متری ۱۲k می باشد یعنی آب ورودی با دمای ۵۰۰k وارد و با دمای ۵۱۲k از لوله خارج می شود.

دمای سطح در تماس با آب برای یک نقطه مشخص از لوله برابر با ۵۱۸k می باشد .

نمودارها توزیع دما در طول لوله نشان می دهند که تغییرات دمای آب در طول لوله تقریبا خطی می باشد.

همچنین با بررسی نمودارهای اختلاف درجه حرارت ورودی و خروجی برحسب ضخامت رسوب مشاهده می شود که تاثیرات رسوب اولیه ۲mm بسیار زیاد می باشد و این تاثیر باافزایش ضخامت رسوب کم می شود البته این امر از نظر تئوری نیز قابل تایید می باشد. دلیل این امر این اس که در جایی که ضریب کلی انتقال حرارت بالایی داریم یک مقاومت رسوب در مخرج کسر نسبت به مقاومت های دیگر بسیار بزرگ می باشد و در نتیج ضرایب انتقال حرارت کلی بزرگ به شدت نسبت به مقاومت رسوب متاثر خواهند بود.

مقاومت ناشی از لایه مرزی حرارتی سیال و مقاومت ناشی از ضخامت لوله می باشد اما چون h و k زیاد می باشند کوچک می باشد و در نتیج u بزرگ می باشد. حال را به مخرج اضافه می کنیم که به علت ضریب هدایت حرارتی کم رسوب خیلی بزرگتر تراز می باشد، () در نتیج به شدت تغییرات خواهد کرد. هنگامی که ضخامت رسوب را افزایش می دهیم یعنیلایه دوم رسوب را اضافه می کنیم چون u کوچک بوده است در نتیجه با افزایش لایه دوم تغییرات کمتری خواهد کرد.

همانطور که در صفحات قبل توضیح داده شده با افزایش ضخامت رسوب دمای سطح لوله در تماس با آب کاهش پیدا خواهد کرد به علت اینکه دما افت شدید را در راستای ضخامت رسوب خواهد داشت. این امر در نمودار آخر یعنی نمودار تغییرات دمای سطح لوله در تماس آب برحسب ضخامت رسوب نشان داده شده است.

مطالب مرتبط

دانلود تحقیق امنیت و پاسخگویی در سیستم های بانک اطلاعاتی
دانلود تحقیق کارآموزی در یک شرکت فناوری اطلاعات
دانلود تحقیق بررسی میزان استرس شغلی در واحدهای کم حادثه و پرحادثه شرکت هواپیمایی هما از نظر کارکنان آن شرکت
دانلود تحقیق گزارش کارآموزی با موضوع PLC
دانلود تحقیق  بررسی اثر هزینه های بازاریابی بر فروش خالص شرکت ها در دوران بحران مالی
دانلود تحقیق کدگذاری ۱
دانلود تحقیق گزارش کار آزمایشگاه کنترل خطی
دانلود تحقیق بررسی زیرساخت شبکه های کامپیوتری

یک نظر بگذارید

دسته‌ها
اين سايت را حمايت مي کنم