آموزش شبیه سازی رسوب و سایش در مبدل حرارتی پوسته و لوله

نقد و بررسی : آموزش شبیه سازی رسوب و سایش در مبدل حرارتی پوسته و لوله

بیان مسأله

در این پژوهش، با استفاده از روش DPM (مواد فاز گسسته)، پدیده رسوب و فرسایش در مبدل حرارتی پوسته و لوله توسط نرم افزار Ansys Fluent بررسی شده است. این سیستم از دو سیال مختلف شامل روغن و آب تشکیل شده است (آب در پوسته و روغن در لوله جریان دارد). با استفاده از نرم افزار Ansys Fluent، توزیع ناخالصی مشاهده شده است. مدل های مختلف فرسایش نرم افزار به پیش بینی صحیح اثر فرسایش در موارد دیگر با توجه به شرایط کاری مختلف کمک می کند. جریان ورودی روغن و آب با سرعت 1 متر بر ثانیه با گرانش 9.81- متربرمجذورثانیه در راستای محور z وارد ناحیه محاسباتی می شوند.

هندسه و شبکه بندی

هندسه سه بعدی مدل حاضر با استفاده از نرم افزار Design Modeler انجام شده است. هندسه شامل دو بخش، 1 پوسته و 2 لوله است. قطر ورودی پوسته و لوله 20 سانتی متر و همچنین قطر خروجی پوسته و لوله 20 سانتی متر است.

برای تولید شبکه، از مش بدون سازمان با 640618 سلول در نرم افزار Ansys Meshing استفاده شده است. برای تمرکز بر مناطق حساس به شبکه، از روش انحنا استفاده شده است.

فرضیات مدلسازی عددی

برای انجام شبیه سازی رسوب و فرسایش در یک مبدل پوسته و لوله، چندین فرض در نظر گرفته شده است که عبارتند از:

دیدگاه حلگر مبتنی بر فشار است.
این شبیه سازیاز نظر زمانی به صورت پایا انجام شده است.
اثر گرانش بر روی جریان مدل و در راستای محور z در نظر گرفته شده است.

نتایج نهایی

در پایان فرآیند حل، دمای خروجی، سرعت، فشار و فرسایش برای شبیه‌سازی رسوب و فرسایش در یک مبدل پوسته و لوله به دست می‌آید. میزان رسوب ماسه را در پوسته مشاهده می کنیم. ابتدا مدل های فرسایش مورد بررسی قرار می گیرند. در مدل Finnie که مانند مدل‌های Oka و Mcclaury از یک همبستگی تجربی برای پیش‌بینی فرسایش استفاده می‌کند، عمدتاً برای مواد چکش‌خوار که زاویه برخورد و سرعت در آنها مؤثر است، استفاده می‌شود. مدل Oka اثر سختی دیوار را در نظر می گیرد و ممکن است برای بررسی فرسایش لوله های انتقال مناسب تر باشد. مدل Mclaury برای مطالعه جامدات معلق در آب استفاده می شود و برای مورد حاضر ایده آل بود.