مبدل حرارتی صفحه‌ای شورون (chevron)، شبیه سازی با انسیس فلوئنت

شرح پروژه (شورون)

هدف از این مسأله، شبیه سازی عددی یک مبدل حرارتی صفحه‌ای شورون (chevron) با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) است.

در این مدل، آب به عنوان جریان سیال گرم و سرد در یک مبدل حرارتی عمل می‌کند. صفحات بین دو جریان و تمام دیواره‌های مبدل حرارتی آلومینیومی است که وظیفه انتقال حرارت بین جریان آب سرد و آب گرم را بر عهده دارد. این پروژه به بررسی انتقال حرارت بین دو سیال سرد و گرم از طریق مبدل حرارتی صفحه‌ای شورون می‌پردازد.

هندسه مدل حاضر را به صورت سه بعدی با استفاده از نرم افزار انسیس دیزاین مدلر (ANSYS Design Modeler) طراحی کردیم. از آنجایی که مدل مربوط به یک مبدل حرارتی صفحه‌ای است، از دو بخش اصلی تشکیل شده است: منطقه جریان آب گرم و منطقه جریان آب سرد. صفحات جداکننده (شورون) مرز بین این دو جریان را تعیین می‌کنند.

سپس مدل را با ساتفاده از نرم افزار انسیس مشینگ (ANSYS Meshing) مش بندی کردیم. از مش بدون سازمان (unstructured) استفاده کردیم و تعداد 638892 سلول با شبکه بندی ایجاد شده است.

روش‌های استفاده شده

سرعت جریان گرم و سرد برابر با 0.25 متربرثانیه است، در حالی که دما برای آب سرد و گرم به ترتیب برابر با 283.15k و 343.15k است. از مدل توربولانسی standard k-e برای تعیین مدل آشفتگی جریان استفاده کردیم. همچنین رفتار جریان مستقل از زمان بوده و حلگر در حالت پایا (steady-state) قرار دارد.

نتایج

مبدل حرارتی شورون نسبت به سایر مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای دیگر بازدهی بالاتری دارد؛ زیرا جریان آشفته در دو طرف آن وجود دارد که با توجه به شکل صفحات شورون از جمله شیارها منجر به عملکرد بهتر انتقال حرارت می‌شود.

ساختمان خاص صفحات شورون باعث افزایش سطح تماس در مقایسه با صفحات استاندارد می‌وشود. درنتیجه، مستقیماً منجر به نرخ انتقال حرارت بالاتر بین سیالات سرد و گرم می‌شود.

پس از پایان فرایند حل، دمای خروجی سیال سرد برابر با 300.8757 کلوین و دمای خروجی سیال گرم برابر با 325.714 کلوین می‌باشد. بنابراین، اختلاف دمای ورودی و خروجی بخش سرد معادل 72/17 درجه و برای بخش گرم برابر با 436/17- است.

همچنین نرخ انتقال حرارت کل روی صفحه برابر با 1440.7727 وات محاسبه شده است.

متوسط عدد ناسلت (Nusselt) Nu=(q’*d/k(T_b-T_W))) برابر با 593.432 محاسبه می‌شود. همچنین افت فشار در طرف سرد و گرم به ترتیب حدود 610pa تا 690pa است. درنهایت با استفاده از فرمول مقابل، بار حرارتی در این پروژه معادل 9980.04 J/s محاسبه شده است. (Q=MC)