مکانیک هوافضا (Apr 2022)

شبیه‌سازی عددی اثر هندسه استفاده از لوله پره‌دار در یک مبدل حرارتی پوسته و لوله

  • محسن رستمی,
  • امیرحمزه فرج الهی,
  • مرتضی قنبری,
  • علی اصغر نادری

Journal volume & issue
Vol. 18, no. 1
pp. 53 – 76

Abstract

Read online

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.

Keywords