مکانیک هوافضا (Apr 2022)
شبیهسازی عددی اثر هندسه استفاده از لوله پرهدار در یک مبدل حرارتی پوسته و لوله
Abstract
در این مقاله، یک مبدل حرارتی پوسته و لوله که برای انتقال حرارت بین دو سیال مختلف استفاده میشود، بهصورت سهبعدی شبیهسازی شده است. این مبدل متشکل از یک پوسته است که 90 عدد لوله بهصورت U شکل درون آن قرار دارد. برای انتقال حرارت بیشتر یکبار لولهها بدون پره و بار دیگر همراه با پره که بهصورت طولی و یکپارچه با بدنه لوله تولید میشوند، شبیهسازی و مقایسه شدند. سیال جاری در پوسته، روغن MIL-PRF 23699 و سیال جاری در لولهها، سوخت JP-4 است. این دو سیال در مسیرهای جداگانه و مخالف هم جریان دارند و از طریق تماس با سطح لولهها، با همدیگر تبادل حرارت انجام میدهند. با استفاده از نرمافزار Aspen طراحی به گونهای انجام شده که مبدل حرارتی طول و وزن کمتری داشته باشد تا تأثیر بهتر و بالاتری در راندمان بالگرد داشته باشد. بهمنظور بررسی اثر هندسه لولهها و دبی جرمی روغن بر میزان انتقال حرارت بین سوخت و روغن، شبیهسازی در برنامه ANSYS Fluent انجام شده است. در این شبیهسازی، بخشی از کل مبدل حرارتی بهعنوان هندسه انتخاب شده و اثر تغییر هندسه لولهها، دبی جرمی سوخت و روغن بر ضریب انتقال حرارت، ضریب کولبرن، ضریب اصطکاک و نسبت آنها و تغییرات دمای خروجی بررسی شده است. نتایج حاصل از این شبیهسازی نشان میدهد که نرخ انتقال حرارت بین سوخت و روغن برای مبدل حرارتی با لولههای پرهدار، حدود 11 درصد بیشتر از حالت بدون پره است. همچنین کاهش دبی جرمی روغن واردشده به پوسته موجب افزایش بازدهی مبدل حرارتی میشود.