مبدلهای حرارتی پوسته و لوله

خواص فيزيكي محلول ليتيوم برومايد ـ آب
خواص فيزيكی محلول ليتيوم برومايد ـ آب
بهمن ۲, ۱۳۹۷
انتقال حرارت تك فاز
انتقال حرارت تك فاز
بهمن ۸, ۱۳۹۷

مبدلهای حرارتی پوسته و لوله

مبدلهای حرارتی پوسته و لوله

مبدلهای حرارتی پوسته و لوله

لوله ها و گذرهای لوله


فقط پوسته E با یك گذر، و پوسته F با دو گذر لوله؛ میتواننـد جریـان مخـالف جهـت ایجاد كنند. برای سایر تعداد گذرهای لوله، به استفاده از ضریب تصحیح تغییـرات دمـا، F نیـاز است. در برخی موارد، دماهای مورد نظر حاصل نمیگردد و از چندین واحـد بـه صـورت سـری استفاده میشود.

عموما، تعداد زیاد گذرهای لوله، برای افزایش سرعت سیال سمت لوله ( در محدوده هـای افت فشار مجاز ) و افزایش ضریب انتقال گرما، و بـه جهـت كـاهش تـشكیل رسـوب، اسـتفاده میشوند. اگر به دلایل ساختاری لازم باشد كه سیال سمت لوله در یك سـمت وارد و از همـان سمت خارج شود، استفاده از تعداد زوجی از گذرهای لوله الزامی است.
فلز لوله معمولا فولاد كم كربن، فولاد كم آلیاژ، استینلس استیل، مس، ادمیرالتی ( آلیـاژ مس و روی و قلع )، كاپرونیكل( آلیاژ مـس و نیكـل )، اینكونـل ( آلیـاژ نیكـل و آهـن و كـروم )، آلومینیوم ( به شكل آلیاژها )، یا تیتانیوم است. سایر مواد نیز میتوانند بـرای كاربردهـای خـاص انتخاب شوند. ضخامت دیواره لوله های مبادله كن گرمای بر مبنای شاخص ضـخامت بیرمنگهـام (BWG) استاندارد شده است. جداول پیوسـت دادههـایی راجـع بـه مبادلـه كـن گرمـا را ارائـه میكنند.

قطرهای كوچك لوله ( ٨ تا ١٥mm) برای سطح گرمایی بزرگتر در واحد حجم، بـه بقیـه ترجیح دارند. ولی برای تمیزكاری داخـل لولـه، قطرنبایـد از  ٢٠mm كـوچكتر باشـد.
قطرهای بزرگتر لوله، اغلب برای چگالنده ها و دیگهای بخارمورد بكار میروند. لوله ها یا بدون پره هستند یا در سمت بیرونی، دارای پرههای كوتاه میباشند. لولـه هـای
دارای پره كوتاه، هنگامی استفاده میشوند كه ضریب انتقال گرمای سیال بیرون لولهها، خیلـی كوچكتر از سیال داخل لوله ها باشد. ( لوله های اواپراتور چیلر جذبی مورد نظر.) طول لوله بر هزینه و كاركرد مبادلهكنهای گرما اثر میگذارد. اساسا هر چه لوله ها بلندتر باشند، ( برای یك سطح گرمایی مشخص) تعداد لوله های كمتـری نیـاز هـستند و سـوراخهـای كمتری در دیواركها و صفحه لوله ایجاد میشود، بعلاوه قطر پوسته كاهش مییابد، كه منجـر به هزینه كمتری میگردد. البته برای این قانون عمومی، محدودیتهایی وجـود دارد و بهتـرین بیان محدودیتها آن است كه نسبت قطر پوسته به طول لوله باید در محدوده باشد. حداكثر طول لوله به واسطه محل قرارگیری و جانمایی مبادله كن و محدودیتهای حمل ونقـل، به حدود ٣٠m محدود میشود.

جانمایی لوله


جانمایی لوله، به وسیله زاویه بین لوله ها، مطابق آنچه در شكل (٥-٧) نـشان داده شـده است، مشخص میگردد جانمایی ° 30 بیشترین تراكم لوله را حاصل میكند و بنابراین بیشتر استفاده میشود، مگر اینكه نیازهای دیگری، جانمایی دیگری را تحمل كند، برای مثـال، بـرای تمیزكاری خارجی لوله ها، به گذرگاهها ) با اندازه ٧mm و جانمایی ° 90 یا ° 45 نیاز است. گام لوله، PT معمولا به نحوی انتخاب میشود كه نسبت گام PT / do بین ١/٢٥ و ١/٥ باشد. هنگامیكه لوله ها خیلی نزدیك باشند، صفحه لوله به لحاظ سازه ضعیف میشود. به همین دلیل جانمایی و وضعیت لوله ها، به صورت استاندارد درآمده اند. تعداد لوله ها كـه مـیتواننـد در یك پوسته قرار بگیرند، بستگی به جانمایی لوله، قطر خارجی لوله، اندازه گـام، تعـداد گـذرها و قطر پوسته دارد. این شمار لولهها در جدول پیوست، ارائه شده اند و حـداكثر تعـداد لولـه هـایی هستند كه میتواند تحت شرایط مشخص، در پوسته جا داده شوند. در مبدل های چیلر جذبی اغلب از آرایش ٣٠ و ٦٠درجه به کار رفته است .

مبدلهای حرارتی پوسته و لوله

هندسه و نوع دیوارك ها


دیوارك ها دو كار انجام میدهند. اولین و مهمترین كار، نگهداشـتن لولـه هـا و اسـتحكام سازه و جلوگیری از لرزش وخمیده شدن لوله میباشد، دومین كار، منحـرف كـردن جریـان در جهت عرضی و متقاطع با دسته لوله ها برای به دست آوردن ضریب انتقال گرمای بزرگتر است.

دیواركها میتوانند به انواع عرضی و طـولی دسـته بنـدی شـوند ( مـثلا پوسـته F دارای دیوارك طولی است ) دیواركهای عرضی میتوانند به دیواركهـای صـفحها ی و دیـواركهـای میله ای دسته بندی میشوند.

دیوارك های تكهای ( منظور از تكهای، بخش از دایره كامل است ) منفـرد و دوتـایی بـه وفور استفاده میشوند. دیواركها جریان را با موثرترین شكل و برای تقاطع با لوله هـا منحـرف میكنند. هر چند فاصله دیواركها باید به دقت انتخاب شود. فاصله بهینه دیواركها بین ٠/٤ تا  ٠/٦ قطر پوسته است و معمولا برش ٢٥ تا %٣٥ دیوارك توصیه میشود. دیـواركهـای تكـهای سه تایی و بدون لوله در پنجره ( قسمت بریده شده دیوارك ) ، برای كاربردهای با افت فشار كم استفاده میشوند كه كسر قسمت جدا شده آنها تقریبا به ترتیب ٠/٥ و ٠/٣ میباشد.
در ساختار بدون لوله در پنجره لوله هایی كه توسط هـر دو دیـوارك مجـاور نگـه داشـته نشده اند، حذف میشوند، بنابراین ارتعاش لوله كمتر میگردد. دیواركهای دیسكی و رینگی ( دوناتی ) متـشكل از رینـگهـای خـارجی و دیـسكهـای داخلی به طور یك در میان هستند كه جریان را به صورت شعاعی در عرض دسته لوله هـدایت میكنند، بنابراین جریان بالقوه مابین دسته لوله و پوسته حذف میشود. نشانههـایی مبنـی بـر اینكه نوع دیوارك در كاهش افت فشار و افزایش انتقال گرما بسیار مـوثر اسـت وجـود دارد، در حال حاضر، این دیواركها به ندرت در ایالت متحده استفاده میشوند، ولی استفاده آنها در اروپا معمول است.

مبدلهای حرارتی پوسته و لوله

نوع دیگری از دیواركهای صفحهای، دیوارك اریفیسی اسـت كـه در آن، سـیال سـمت پوسته از لقی بین قطر خارجی لوله و قطر داخلی سوراخ دیوارك، جریان مییابد.

دیواركهای میله ای یا شبكه ای، با یك شبكه از تكیه گاههـای میلـهای و یـا ورق باریـك تشكیل شده اند (شكل ٥-٩) در این دیواركها، جریان اساسا طولی اسـت كـه منجـر بـه افـت فشارهای بسیار كمی میشود. به دلیـل فاصـله نزدیـك دیـواركهـا، خطـر ارتعـاش لولـه رفـع میگردد. این طرح میتواند به صورت كارآمد برای چگالنده ها و ریبویلرهـای عمـودی اسـتفاده شود.

تعیین سمت پوسته و یا لوله برای جریانها


باید تصمیم گرفته شود كه كدام سیال در لوله ها و كـدامیك در پوسـته جریـان خواهـد یافت. عموما دیدگاه های زیر بكار میروند.
سیال با رسوب بیشتر در لوله جریان مییابد، زیرا تمیزكردن داخل لوله آسانتر است، به ویژه اگر تمیزكاری مكانیكی نیاز باشد.

سیال با فشار زیاد، در لوله ها جریان مییابد. به دلیل قطر كوچكـشان، لولـههـای بـا ضخامت معمول وجود دارند كه میتوانند فشارهای بیشتر را تحمل كننـد و فقـط نیـاز است كانالهای سمت لوله و سایر اتصالات برای تحمل فشار زیاد طراحی شوند.

سیال خورنده باید در لوله ها حریان یابد، در غیر این صورت هم لولـه و هـم پوسـته، خورده خواهند شد. آلیاژهای خاصی برای مقاومت در برابر خـوردگی اسـتفاده شـوند، و بسیار كم هزینه تر است كه لوله هایی با آلیاژ خاص تهیه گردد تا اینكه هم لوله ها و هـم پوسته با آلیاژ خاص به كار روند
جریان دارای ضریب انتقال گرمای كوچكتر در سمت پوسته جریـان مـییابـد. زیـرا طراحی لولههای دارای پره بر روی سمت بیرونی آسانتر اسـت. عمومـا بهتـر اسـت كـه
جریان با نرخ جرمی كوچكتر در سمت پوسته قرار داده شود. در سمت پوسـته، جریـان آشفته در اعداد رینولدز كوچكتر حاصل میگردد. هنگامی كه نیازهای ذكر شده در تضاد با یكدیگر باشند، در این حالت طـراح بایـد بـا تخمـین موارد افزایش و یا كاهش هزینه، اقتصادیترین گزینه ها را بیابد.


انتقال حرارت


مقدمه


در این بخش هدف ارائه روابطی برای محاسبه ضریب كلی انتقال حرارت و افت فشار در مبدلهای حرارتی بكار رفته در چیلر جذبی میباشـد. بـرای پـیش بینـی ضـریب كلـی انتقـال حرارت، باید ضرایب انتقال حرارت سمت پیوسته و نیز سمت لوله را محاسبه كنیم.
سمت پوسته به دلیل ویژگیهای هندسی پیچیـدهای كـه دارد، بـه همـان نـسبت دارای روابط پیچیدهتری نسبت به سمت لوله میباشد. طراحی مبدل حرارتی، برای خصوصیات معلوم جریانهای سرد و گرم، به محاسبه سطح حرارتی مورد نیاز برای انجـام انتقـال حـرارت منتهـی میشود. اثرات اصطحكاك سـیال در مبـدل حرارتـی مـشابه محاسـبات انتقـال حـرارت، دارای اهمیت است. زیرا افت فشار سیالهای جاری از سیستم و در نتیجه مقادیر ضـروری تـوان پمـپ برای حفظ جریان را تعیین میكند.
انتقال حرارت به سه روش هدایت، جابجایی ( كنوكسیون ) و تشعـشع انجـام مـیشـود از آنجا كه در بخشهای مختلف یك چیلر جذبی پدیده غالب انتقال حرارت، جابجـایی اسـت، در اینجا به روش محاسبه ضرایب انتقال حرارت جابجایی سمت پوسته و لوله میپردازیم.
در قسمتهای مختلف یك چیلر جذبی پدیده های انتقال حرارت زیر روی میدهد:
– انتقال حرارت تك فاز در داخل لوله در لولههای اواپراتور،ابزربر، كندانسور و لولـه هـای مبدل حرارتی. كه در لوله های اواپراتور، ابزربـر و كندانـسور آب و در لولـه هـای مبـدل محلـول لیتیوم بروماید جاری میابشد.

– انتقال حرارت تك فاز روی دسته لوله، در پوسته مبدل حرارتی و پوسته ابزربر كـه در هر دو محلول لیتیوم بروماید جاری میباشد، كه البته در پوسته ابزربر انتقال جرم نیز داریم.
– انتقال حرارت جوشش روی دسته لوله، در پوسـته ژنراتـور و پوسـته اواپراتـور كـه در اواپراتور مبرد (آب) و در ژنراتور محلول جاری میباشد.
– انتقال حرارت تقطیر روی دسته لوله، در پوسته كندانسور برای مبرد آب.
– انتقال حرارت تقطیر درون لوله در لولههای ژنراتور كه شامل بخار آب میباشند.

در انتقال حرارت جابجایی مقدار انتقال حرارت از رابطه زیر بدست میآید:

جهت محاسبه ضریب هدایت حرارتی از عدد بدون بعد نوسلت استفاده میكنیم.

لازم به ذكر است كه در مورد انتقال حرارت جابجایی روابط تجربی متعددی پـیش نهـاد شده اند كه هر یك در محدوده ای خاص و با شرایطی خاص، كاربرد دارند و خطای هـر كـدام نیز متفاوت است. در اینجا به همه روابط اشاره نشده است و بیشتر به روابطی كه درایـن پـروژه كاربرد داشته بیان شده است. برای اطلاعات كاملتر در این زمینه بـه بخشهای بعدی رجـوع شود.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

Call Now Buttonتماس - بخش فروش