توضیحات:
در این پروژه یک مبدل حرارتی لوله و پوسته با استفاده از فلونت شبیه سازی شده است.مبدل حرارتی پوسته و لوله (شل اند تیوب) نوعی مبدل است که بیشترین کاربرد را در صنعت دارد و مناسب ترین نوع مبدل در کاربردهای فشار بالا و دما بالا است. مبدل های حرارتی پوسته و لوله از دسته ای از لوله ها (تیوب ها tubes) که درون یک پوسته (shell) سیلندری شکل جاسازی شده اند، تشکیل می شود که به آن مبدل حرارتی شل اند تیوب نیز گفته می شود. یک سیال از داخل تیوب ها و یک سیال هم از اطراف تیوب ها (داخل پوسته) جریان پیدا کرده و بر اثر اختلاف دمای میان آن دو ، حرارت از یک سیال به سیال دیگر و از طریق دیواره تیوب ها منتقل می شود.
نحوه کار مبدل حرارتی پوسته و لوله به این صورت است که یک سیال از درون یک دسته لولهها که به ورودی و خروجی متصل هستند، عبور میکند و سیال دیگر با دمای مختلف درون پوسته که لولهها را احاطه کرده، جریان پیدا میکند. پس از آن گرما در اثر اختلاف دمای بین دو ماده و از طریق دیواره لولهها از ماده گرم به ماده سرد انتقال داده میشود. بر این اساس بدون اینکه هیچ تماس مستقیمی بین دو ماده انجام شود، عمل انتقال گرما انجام میگیرد. در صنایع و برای کنترل دمای سیالات گوناگون به طور گسترده از این مبدل استفاده میشود.
در این پروژه سیال سرد آب و سیال گرم روغن است، آب با دمای 283 درجه ی کلوین و روغن با دمای 375 درجه ی کلوین وارد مبدل می شود ،در این مبدل روغن به وسیله ی آب خنک می شود و دمایش کاهش میابد.
متود:
این پروژه به صورت سه بعدی شبیه سازی شده است و از نرم افزار space claim برای تولید هندسه ی آن استفاده شده است. شبکه بندی این هندسه توسط نرم افزار Ansys meshing انجام شده و پس از شبکه بندی در نرم افزار ANSYS meshing ، در داخل فلونت از قابلیت make polyhedral استفاده شده و المان های تترا به المان polyhedral تبدیل شده اند. تعداد المان های مورد استفاده شده برای این پروژه 1765114 عدد است.
سرعت ورودی برای آب و روغن هر دو 0.1 متر بر ثانیه است.حلگر مورد استفاده برای این شبیه سازی حلگر pressure base می باشد و این شبیه سازی در حالت steady state انجام شده است.
به منظور رسیدن به دقت های بالاتر از گسسته سازی second order برای معادلات انرژی و مومنتوم و فشار استفاده شده است.
نتیجه:
پس از انجام شبیه سازی می توانیم دمای روغن را در لوله مشاهده بکنیم . با توجه به کانتور های دما می بینیم که دمای روغن پس از گذشتن از اولین ردیف لوله ها کاهش شدید داشته و تقریبا با همان دمای آب برابر شده است.برای اینکه بخواهیم کنترلی روی دمای خروجی روغن داشته باشیم می توانیم دبی یا سرعت ورودی روغن را افزایش بدهیم . مطمعنا هر چه سرعت روغن در لوله ها بیشتر باشد فرصت انتقال حرارت کمتری با آب پیدا می کند.به طور کلی می توانیم با تغییر دبی روغن یا تغییر طول لوله ها دمای خروجی روغن را کنترل بکنیم.