سرفصل مطالب:

 

پیشگفتار

 

دسته بندی مبدل های حرارتی

 

بر اساس نوع و سطح تماس سیال سرد و گرم

 

بر اساس جهت جریان سیال سرد و گرم

 

بر اساس مکانیزم انتقال حرارت بین سیال سرد و گرم

 

بر اساس ساختمان مکانیکی و ساختار مبدل ها

 

اصول طراحی مبدل های حرارتی

 

۱-تعیین مشخصات فرآیند و طراحی

 

۲-طراحی حرارتی و هیدرولیکی

 

۳-طراحی مکانیکی

 

۴-ملاحظات مربوط به تولید و تخمین هزینه ها

 

۵-فاکتورهای لازم برای سبک و سنگین کردن

 

۶-طراحی بهینه

 

۷-سایر ملاحظات

 

نرم افزار HTFS ( شبیه سازی و طراحی مبدل های حرارتی )

 

TASC، طراحی حرارتی ، بررسی عملکرد و شبیه سازی مبدلهای پوسته و لوله۴۲

 

FIHR، شبیه سازی کوره ها با سوخت گاز و مایع

 

MUSE، شبیه سازی مبدلهای صفحه ای پره دار

 

TICP، محاسبه عایقکاری حرارتی

 

PIPE، طراحی، پیش بینی و بررسی عملکرد خطوط لوله

 

ACOL، شبیه سازی و طراحی مبدلهای حرارتی هواخنک

 

FRAN، بررسی و شبیه سازی مبدلهای نیروگاهی

 

TASC، طراحی حرارتی ، بررسی و شبیه سازی مبدلهای حرارتی پوسته و لوله

 

توانایی ها

 

کاربرد در فرآیند

 

مشخصات فنی و توانایی ها

 

خواص فیزیکی

 

بررسی ارتعاش ناشی از جریان

 

خروجی

 

ACOL، شبیه سازی و طراحی مبدلهای حرارتی هواخنک

 

طراحی

 

کاربرد در فرآیند

 

مشخصات فنی و توانایی

 

نتایج خروجی

 

PIPESYS ، شبیه سازی خطوط لوله

 

امکانات و توانایی ها

 

نمونه هایی از کاربرد PIPESYS در عمل

 

نرم افزار Aspen B-jac

 

آشنایی با نرم افزار Aspen Hetran

 

نحوه کار نرم افزار Hetranدر حالت طراحی

 

محیط نرم افزار Aspen Hetran

 

تعریف مساله ( Problem Definition )

 

اطلاعات خواص فیزیکی ( Physical property data )

 

ساختار مبدل ( Exchanger Geometry )

 

داده های طراحی ( Design Data)

 

تنظیمات برنامه ( Program Options )

 

نتایج ( Results )

 

خلاصه وضعیت طراحی

 

خلاصه وضعیت حرارتی

 

خلاصه وضعیت مکانیکی

 

جزئیات محاسبه ( Calculation Details )

 

آشنایی با نرم افزار Aerotran

 

روش های طراحی نرم افزار Aerotran

 

آشنایی با نرم افزار Teams

 

برنامه Props

 

برنامه Qchex

 

برنامه Ensea

 

برنامه Metals

 

برنامه Primetal

 

برنامه Newcost

 

منابع و مواخذ

 

فصل اول

انواع مبدل هاي حرارتي

 

1-1-  دسته بندي هاي مبدل هاي حرارتي :

همانطور كه مـي دانيد مـبدل هاي حـرارتي درصنايع مختلفي كاربرد داشته ودر انواع مختلفي ساخته مي شوند. طراحي و يا انتخاب صحيح مبدل حرارتي مستلزم آشنايي با انواع آن است به دليل تنوع مبدل هاي حرارتي موجود و ورود انواع جديد آن به بازار تا كنون يك دسته بندي استاندارد و جهاني از آن كه مورد قبول همه دست اندركاران طراحي، ساخت ، مصرف اين وسيله باشد صورت نگرفته است. 

دسته بندي مبدل هاي حرارتي مي تواند براساس پيوستگي يا تناوب جريان، ميزان فشردگي، ساختمان، آرايش جريان، تعداد سيالات وكاركرد صورت گيرد. 

2-1-  دسته بندي براساس پيوستگي يا تناوب جريان

‌ جريان سيال داخل مجاري مبدل هاي حرارتي يا پيوسته است يا متناوب در مبدل هاي حرارتي با جريان پيوسته مجاري جريان سرد  وگرم تفكيك شده است درحاليكه در جريان متناوب از يك مجموعه مجاري جريان براي هر دوسيال استفاده مي شود. مجموعه مجاري جريان ، هسته مبدل را تشكيل مي‌دهند كه دوسيال به تناوب از آن عبور مي كنند كه تمام يا بخشي از هسته مبدل مدتي در معرض جريان سيال گرم قرار دارد كه دراين مدت انرژي را از سيال گرفته درخود ذخيره مي نمايد. سپس مدتي در مسير جريان سرد قرار گرفته وانرژي ذخيره شده را به آن پس مي دهد اين دوره متناوباً تكرار مي شود. نمونه آشناي اين نوع مبدل ژانگستروم نيروگاه مي باشد. 

 

 

3-1-  دسته بندي براساس فشردگي سطح 

‌ به سطح تماس بين يك سيال و يك جامد كه با هم تبادل حرارت مي كنند، سطح تبادل حرارت گفته مي شود. آن قسمت از سطح كه براي تفكيك دوسيال نيز به كار مي رود (سطح لوله يا ورق هاي اصلي يك مبدل حرارتي ) سطح اصلي ناميده مي شود. براي افزايش نرخ تبادل حرارت بين دوسيال معمولا پره هايي روي سطح اصلي نصب مي شود كه به سطح گسترده يا ثانويه معروف است. 

به طور اختياري ، مبدل حرارتي كه تمركز سطح يا نسبت سطح تبادل حرارت به حجم آن از   بــيـشـتر بــاشـد مــبدل حــرارتــي فــشـرده  گـفته مي شود. هر نوع مبدل حرارتي (از لحاظ ساختمان )‌ مي تواند فشرده تلقي شود مشروط براينكه سطح سمت حداقل يك سيال فـشرده بـاشـد، معمولا مبدل هاي حرارتي با لوله هاي ساده وبدون پره نظير مبدل هاي حرارتي پوسته اي از نوع فشرده نيستند. 

4-1-  دسته بندي براساس ساختمان 

 ‌در بـسياري از مـواقع مــبدل هـاي حــرارتي بـرمـبنـاي ساختمان دسته بندي مي شوند. مـبدلـهاي حرارتي از لحاظ سـاختمان عموماً به 4 دسته تقسيم مي شوند كه عبارتند از لوله اي، صفحه اي ، پره دار وبازياب ها. 

1-4-1-  مبدل هاي حرارتي لوله اي

‌ مبدل هاي حرارتي لوله اي بيش از هرنوع مبدل حرارتي ديگر مورد استفاده قرار مي گيرند. اين مبدل ها در اندازه ها و شكل هاي مختلف ساخته مي‌شوند. مبدل هاي حرارتي لوله اي خود انـواع مـختلفي دارد كـه از جـمله آنـها تـك لـوله اي، دو لوله اي، لوله مارپيچي ، چند لوله اي و لوله پوسته اي مي باشند. نوع تك لوله اي و چند لوله اي به علت محدوديت كاربرد آنها در اينجا مورد بحث قرار نخواهند گرفت. 

مبدل هاي دولوله اي

‌ مبدل هاي حرارتي دولوله اي يا سنجاق سري  اساساً از دو لوله هم محور تشكيل مي شود كه به صورت سنجاق سري يا U شكل ساخته مي‌شود يكي از دوسيال در لوله داخلي و ديگري در مجراي حلقوي بين دولوله يا به طور خلاصه لوله خارجي جريان دارند. 

مبدلهاي حرارتي دولوله اي در مواقعي كه سطح تبادل حرارت مورد نياز كوچك باشد به ويژه وقتي سيال گاز يا مايع لزج و دبي آن كم باشد كاربرد دارد همچنين به علت اينكه قطر لوله ها كوچك است درفشار زياد (مثلا خنك كن مياني كمپرسورهاي چند مرحله اي)‌ مناسب خواهد بود.

 

شکل 1-1 مبدل حرارتي دولوله اي 

 

 مبدل هاي حرارتي لوله مارپيچي  

مبدل هاي حرارتي لوله مارپيچي از يك يا چند حلقه لوله مارپيچ تشكيل مي شود كه داخل يك محفظه قرار مي گيرد. ابتدا وانتهاي لوله هاي مارپيچي به ورودي و خروجي متصل مي شوند. 

چون ضريب انتقال حرارت جريان سيال در يك مجراي منحني بيشتر از يك مسير مستقيم است، ‌معمولا ابعاد مبدل حرارتي لوله مارپيچي در مقايسه با مبدل هاي پوسته لوله اي با شرايط كاركرد مساوي كوچكتر خواهد بود اين نوع مبدل حرارتي براي گرمايش و سرمايش سيالات لزج و دبي كم بسيار مناسب است وهمچنين هزينه نگهداري وتميز كردن آن كم باشد. 

به طور كلي مزاياي مبدل هاي حرارتي لوله مارپيچي نسبت به پوسته لوله اي به قرار زيرند :

1- براي دبي هاي كم و بارهاي حرارتي پايين مناسب است. 

2- چون جريان سيال لزج معمولا آرام است و به علت اينكه نسبت طول مجزا به قطر هيدروليكي جريان در اين نوع مبدل ها كوچك است جريان در حال توسعه ودرنتيجه ضريب انتقال حرارت آن بالاست. 

3- چون جريان سيال در جهت هاي مخالف هم صورت مي گيرد لذا راندمان مبدل حرارتي بالاست 

4- بـه عـلت خـاصـيـت فـنـري لـولـه ها مسئله انقباض و انبساط حرارتي مشكلي را به وجود نمي آورد.

5- جمع وجور است و به سهولت قابل مونتاژ است. 

از معايب مبدل هاي حرارتي لوله مارپيچي عبارتند از :‌

1- به علت منحني بودن لوله ها تميز كردن داخل لوله ها به طريق مكانيكي ميسر نيست.

2- به علت كوچك بودن لوله هاي اصلي ورودي وخروجي و نزديك بودن لوله هاي مارپيچي عمل جوشكاري اين دوبه هم مشكل بوده و گاهي اوقات مسئله نشت سيال به وجود مي آيد. 

 

شکل 2-1 مبدل حرارتي لوله مارپيچي

 

2-4- 1-  مبدل هاي حرارتي صفحه اي ‌

اين مبدلها از ورق هاي نازكي كه ساده ياموجدار مي باشند، تشكيل مي شوند. ورق ها به صورت مسطح يا استوانه اي به كار برده مي شوند مبدل هاي صفحه اي عموماً براي مايع به مايع با جريـان مـغشوش مورد استفاده قرار مي گيرند. گرچه به گستردگي مبدل هاي لوله پوسته اي كاربرد ندارد ولـي حائـز خصوصيـاتي مي باشند كه آنها را نسبت به مبدل هاي پوسته لوله اي قابل مقايسه مي سازد. مبدل هاي حرارتي صفحه اي خود شامل انواع مختلفي است كه اهم آنها عبارتند از : ‌صفحه وشاسي، مارپيچي، لاملا وكويل. 

مبدل هاي صفحه و شاسي 

 ‌مـبدل حرارتي صفحه شاسي از تعداد زيادي ورق هاي نازك مستطيلي كه روي شاسي سوار مي شوند تشكيل مي شود. بين اين صفحات كه موازي هم نصب مي شوند مجاري جريان به وجود مي آيد كه دوسيال از اين مجاري عبور مي‌كنند. درگوشه هاي هر يك از صفحات سوراخ هايي وجود دارد كه پس از قرار گرفتن اين صفحات در كنار يكديگر مجاري اصلي ورود وخروجي دوسيال را به وجود مي‌آورند براي اجتناب از مخلوط شدن دوسيال بايستي ورق هاي مستطيلي به طور خاصي با واشر آبندي مي شوند به همين دليل اين نوع مبدل ها به مبدلهاي صفحه واشردار نيز معروف است. 

بعضي از مزاياي اين نوع مبدل هاي حرارتي به قرار زيرند :

1- مبدل را به سادگي مي توان به منظور بازرسي وتميز كردن صفحات باز نمود.

2- با كم وزياد كردن تعداد ورقها مي توان سطح تبادل حرارت مبدل رابه سهولت تغيير داد و لذا براي بارهاي حرارتي مختلفي از آن استفاده نمود.

3- مدت زماني كه ذرات سيال بين صفحات جريان دارد يكسان است كه اين امر براي كاربردهايي نظيرعمل پاستوريزه،  استرليريزه و پخت يكنواخت حائز اهميت مي‌باشد.

4- دوسيال با هم مخلوط نخواهند شد مگر سوراخي روي ورق ايجادشود وهرگونه نشت هرسيال دردرجه اول به محيط خواهد بود نه به طرف سيال ديگر.

5- حجم سيالات مورد نياز در مبدل كم مي باشد كه اين موضوع به ويژه براي سيالات گران قيمت داراي اهميت مي باشد.

 تنها عيب مهم اين مبدل ها تعداد زياد صفحات است كه مي بايستي آبندي شود كه از نظر درجه حرارت و فشار داراي محدوديت مي شود.

 

شکل 3-1 مبدل حرارتي صفحه شاسي

 

مبدل هاي صفحه مارپيچي  

‌ مبدل هاي صفحه مارپيچي از دوران دوصفحه طويل به طور مارپيچ حول يك محور به وجود مي آيد دوسيال درفضاي بين ورقها به صورت محيطي يا محوري جريان مي يابند. صفحات مارپيچي سرانجام داخل يك بدنه محكم استوانه اي قرار گرفته و دردو انتهاي استوانه در پوش هايي قرار مي‌گيرد. مبدل حرارتي صفحه مارپيچي معمولا ازنوع فشرده نيست وقطر آن نسبتاً‌ بزرگ است بعضي از مزاياي اين نوع مبدل حرارتي به قرار زيرند. به علت انحناي مسير جريان سيال ضريب انتقال حرارت آنها نسبت به مجاري مستقيم بزرگتر است. به علت انحناي مسير جريان رسوبات از بدنه جدا مي شود وباسيال جارو مي شود به همين دليل ضريب رسوب مبدل هاي صفحه مارپيچي حدود يك سوم مبدل هاي پوسته لوله انتخاب مي‌شود. به واسطه همين ويژگي از اين نوع مبدل براي سيالات لزج يا سيالات حاوي ذرات جامد استفاده مي گردد. 

از معايب اين نوع مبدل ها يكي محدوديت ماكزيمم ابعاد آن وديگري ماكزيمم فشار ودرجه حرارت كاركرد آن مي باشند. 

   

شکل 4-1 مبدل حرارتي صفحه مارپيچي

 

3-4-1-  مبدل هاي لاملا  

‌ مبدل هاي حرارتي لاملا كه توسط كمپاني سوئدي آنها لاوال ساخته مي شود تشكيل شده است ازيك پوسته استوانه اي كه تعداد زيادي لوله هاي تخت معروف به برگه در داخل آن كنارهم قرار دارند فضاي خالي بين اين لوله هاي تحت مجراي جريان سيال پوسته را تشكيل مي دهد. سيال داخل لوله وسمت پوسته معمولاً در خلاف جهت يكديگر جريان دارند كمپاني سازنده ادعا دارد كـه بـه عـلـت بـالابـودن مـيزان اغتشاش جريان رشد رسوب روي سطوح مبدل به كندي صورت مي گيرد. ماكزيمم فشارعملكرد اين نوع مبدل حرارتي 200Kpa وحداكثر درجه حرارت كاركرد آن با واشرهاي تفلوني 200Co و با واشرهاي پنبه نسوز 500Co مي باشند.

 

شما هم می توانید در مورد این فایل نظر دهید.