No category

پایان نامه ارشد رایگان درباره تقسیم بندی، انعطاف پذیری، تصمیم گیری

دانلود پایان نامه

لوله ها جریان می یابد. البته ضریب انتقال حرارت در این موارد خیلی کوچک است و برای انتقال حرارت مناسب باید تدابیری اندیشید که در مباحث بعد در این مورد بحث می شود.
۴-۱-۲: کندانسورها
در این مبدلهای حرارتی جریات بخار یک سیال مایع (مثلاً آب) و یا جریان گاز (مثلاً هوا) خنک و کندانس می شود. گاهی اوقات بخار خارج لوله است مثل کندانسورهای نیروگاههای حرارتی و گاهی اوقات بخار داخل لوله است مثل کندانسورهای فرئون.
۲-۲: تقسیم بندی براساس شکل ساختمانی
تقسیم بندی مهم دیگری برای مبدلها وجود دارد که براساس شکل ساختمانی آنها می باشد. اهمیت این نوع تقسیم بندی از آنجا مشخص می شود که در صنعت مبدلها با توجه به همین نوع تقسیم بندی از روی شکل شان یاد می شود.
۱-۲-۲: مبدلهای لوله ای (Tubular Heat Exchanger)
این گونه مبدلها از دو لوله هم محور تشکل شده اند. یکی از سیالها در داخل لوله میانی و در امتداد طول آن جریان می یابد و سیال دیگر در داخل حلقه بین دو لوله جریان خواهد یافت. سایر اجزاء ساختمانی این مبدلها عبارتند از:
• زانوی برگشت
• سر برگشت
• اتصالات T برای ورودی و خروجی سیالها
هنگامی که اختلاف انبساط حرارتی بین لوله خارجی و داخلی وجود دارد در کاربرد نوع اتثالات می یابد دقت کافی شود تا تنش حرارتی مینیمم گردد.
در شکل های (۱-۲)، (۲-۲) و (۳-۲) مبدلهای لوله ای را می توان براساس شکل تقسیم بندی شده اند.

شکل (۱-۲) : مبدلهای لوله ای U شکل

شکل(۲-۲) : مبدلهای دو لوله ای ساده

شکل(۳-۲) : مبدلهای دو لول های کویل دار
۲-۲-۲: موارد کاربرد و مزایای مبدلهای لوله ای
هنگامی که ضریب انتقال حرارت سیال داخل لوله نسبت به خارج آن بزرگتر از ۲:۱ باشد، مثلاً داخل لوله مایعات کم لزج مثل آب با ضریب انتقال حرارت بالا باشد و خارج از آن مایعات لزج استفاده شود معمولاً بجای استفاده از مبدلهای پوسته و لوله از مبدلهای لوله ای استفاده می شود. البته در این موارد از پره با طول بلند که باعث افزایش سطح می شود، در خارج لوله استفاده می شود. همچنین اگر سرویسهای فشار بالا مورد نیاز باشد، مبدلهای لوله ای ترجیحاً استفاده می شود. در سرویسهای کوچک نیز این مبدلها استفاده می شود.
استفاده و کاربرد زیادی که مبدلهای لوله ای دارند به خاطر مزایای زیر می باشد:
این سیستم ها دارای انعطاف پذیری زیادی هستند. در طولهای مختلف و انواع لوله های مختلف و از مواد ختلف ساخته می شوند و خیلی سریع از سوار کردن قطعات استاندارد پیش ساخته آماده می گردند. با انتخاب صحیح اتصالات به آسانی می توان قطعات آن را پیاده نمود تا درون و بیرون لوله ها تمیز شوند. محاسبات طراحی آنها به صورت دقیق و خوبی تدوین شده است. توزیع و پخش سیال را می توان در واحدهای مختلف کنترل نمود. این کار با انتخاب پمپ های جداگانه برای هر سری مبدل امکان پذیر است.
معایب مبدلهای لوله ای
از معایب عمده این مبدلها می توان موارد زیر را نام برد:
۱. برای بار حرارتی بزرگ، سیستم مبدلهای دو لوله ای حجم زیادی را اشغال می کنند.
۲. قیمت آنها برای واحد سطح انتقال حرارت نسبتاً زیاد است.
۲-۳-۲: مبدلهای پوسته و لوله (Shell & Tube Heat Exchanger)
هنگامی که سطح انتقال حرارت لازم برای مبدلهای دو لوله ای زیاد شود (بیشتر از ۵۰ متر مربع باشد)، بهتر است از مبدلهای پوسته و لوله استفاده شود شکل (۴-۲). مبدلهای پوسته و لوله به طور وسیعی در فرآیندهای انتقال حرارت برای کاربردهای مایع/مایع و همچنین در کندانسورها و مولدهای بخار استفاده می شوند. این مبدلها برای انتقال حرارت مشخصی سطح کمتری به نسبت مبدلهای لوله ای اشغال می کنند.

شکل (۴-۲) : مبدلهای پوسته و لوله (Shell & Tube Heat Exchanger)
مزایای این گونه مبدل ها عبارتند از:
۱- در حجم کم ایجاد سطح بزرگی برای انتقال حرارت می کنند.
۲- طراحی مکانیکی خوبی دارند.
۳- روش ساخت تثبیت شده خوبی دارند.
۴- قابلیت استفاده برای دامنه وسیعی از مواد را دارند.
۵- به راحتی تجهیز می شوند.
۶- روش طراحی خوب و تثبیت شده ای دارند.
قسمتهای اصلی این مبدلها که در شکل (۵-۲) نشان داده شده است عبارتند از :
* لوله ها (Tubes)
* پوسته (Shell)
* بافلها (Baffles)
* هد جلویی (Front Head)
* هد پشتی (Rear Head)
* صفحات تیوبها (Tube Sheets)
* نازلها (Nozzle)

شکل (۵-۲): مبدل پوسته لوله و اجزای آن
۱-۳-۲: پوسته (Shell): پوسته ها در واقع در برگیرنده لوله ها هستند از نظر اندازه، مواد سازنده و ضخامت محدوده وسیعی دارند.
۲-۳-۲: لوله ها (Tubes): لوله عنصر اصلی مبدلهای پوسته و لوله هستند که در واقع سطح انتقال حرارت لازم را برای سیالاتی که در داخل و خارج از آن جریان دارند را فراهم می سازند. لوله ها معمولاً از فلزات مختلف به روش اکستروژن و بدون درز ساخته می شوند. جنس آنها معمولاً از فولاد کم کربن، فولاد زنگ نزن، مس و … می باشد. لوله ها ممکن است به صورت مربعی o90 یا در وضعیت چرخانده کنار هم قرار گیرند. در این حالت تمیز کردن خارج لوله ها راحت تر است. طرح مثلثی روش دیگری است که به علت زیاد بودن آشفتگی سیال، ضریب انتقال حرارت و افت فشار طرف پوسته را افزایش می دهد؛ و نیز مقدار بیشتری از لوله را می توان در قطر مشخصی از پوسته قرار داد. قطر لوله ها بینmm 16 تا mm 50 (⅝ تا ۲ اینچ ) می باشد ولی معمولاً از ۱۶ تا mm 25 (⅝ تا ۱ اینچ) استفاده می شود. شکل (۶-۲) طرح مربع یا مثلثی لوله ها را نشان می دهد.
گر چه هدف، افزایش انتقال حرارت به وسیله افزایش سرعت سیال در داخل لوله ها می باشد ولی این سرعت باید در حد مجاز باشد چون هر چقدر سرعت بیشتر شود، افت فشار افزایش می یابد و همچنین نوسانات بیشتر می شود و باعث ایجاد شکستگی در اتصالات و زانویی ها می شود.

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   پایان نامه با موضوع اطلاعات مربوط، رژیم غذایی

شکل (۶-۲): طرح مربع یا مثلثی لوله ها
۳-۳-۲: بافل ها (Baffles): بافل ها معمولاً در قسمت پوسته مبدل استفاده می شوند برای اینکه لوله ها را در جای خود نگه دارند و جریان سیال داخل پوسته را به صورت چرخشی تبدیل کنند تا سرعت سیال و ضریب انتقال حرارت افزایش یابد و معمولاً به صورتهای segmental, baffle, disk-and-doughnut baffle و orifice baffle می باشند که در شکل (۷-۲) نشان داده شده است. بافل ها دو مشخصه اصلی دارند : برش بافل (Baffle Cut)، فاصله بافل ها (Baffle Spacing)
فاصله بافل ها : ( Baffle Spacing) فاصله دو بافل متوالی می باشد که معمولاً بین ۲۰% تا ۱۰۰% قطر پوسته انتخاب می شود و مقدار بهینه آن بین ۳۰% تا ۵۰% قطر پوسته می باشد.
هر چقدر فاصله کمتر باشد سرعت و افت فشار در پوسته بیشتر می شود.

شکل (۷-۲): انواع مختلف بافل
برش بافل (Baffle Cut): ارتفاع بریده شده از بافل نسبت به قطر می باشد که معمولاً به صورت درصد بیان می شود و معمولاً ۲۵% می باشد.
هر چقدر Baffle Cut کمتر یا طول بریده شده کمتر شود سرعت و ضریب انتقال حرارت و افت فشار بیشتر می شود. بافلها را می توان به دو دسته بافل های معمولی و بافل های متقاطع و یا مورب نیز تقسیم بندی کردن که معمولاً به صورت زاویه دار با لوله قرار میگیرند و باعث ایجاد جریان ناآرام در اطراف پوسته می شوند.
بافلهای طولی برای کنترل مسیر جریان داخل پوسته استفاده می شوند.
۴-۳-۲: صفحه تیوب (Tube sheet): یکی از اجزای مهم مبدلها که اصلی ترین سد بین تیوبها و پوسته است و طراحی مناسب آنها برای اطمینان از کارآیی سیستم لازم است، صفحه تیوبها هستند. نحوه اتصال آنها به تیوبها و پوسته هم می تواند به صورت جوش داده شده و هم به وسیله پیچ باشد. شکل (۸-۲) آرایش مثلثی لوله ها در یک مبدل پوسته و لوله نشان داده است.

شکل (۸-۲) :آرایش مثلثی لوله ها در یک مبدل پوسته و لوله
تعداد گذرهای پوسته و لوله: ساده ترین مدل جریان برای لوله ها به این صورت است که سیال از یک طرف وارد شود و از طرف دیگر خارج گردد. این مدل تک گذر لوله است. برای بهتر نمودن انتقال حرارت سرعت بالاتری باید ایجاد نمود. این عمل به وسیله افزایش تعداد گذر لوله ها امکان پذیر است. از طرف دیگر با افزایش تعداد گذرهای لوله و افزایش سرعت سیال، افت فشار زیاد می شود. در واقع انتقال حرارت باید در سرعتهای بالا ایجاد شود و این افت فشار سیستم را زیاد می کند. در نتیجه تعداد گذرها، با توجه به دو فاکتور سرعت و افت فشار مشخص می شود. تعداد گذرهای لوله معمولاً از یک تا هشت می باشد. در مورد گذرهای پوسته نیز معمولاً از یک یا دو گذر استفاده می شود. حالتهای مختلف گذرهای پوسته در استاندارد بین المللی TEMA با علامتهای E,F,G,H,K,X شناخته می شوند که در شکل (۹-۲) نشان داده شده است.

پوسته E پوسته F پوسته G

پوسته J پوسته K پوسته X

پوسته H
شکل (۹-۲): انواع مختلف پوسته مبدل

۴-۲: اثرات حرارتی
اگر مواد مانند آهن بکار رفته شده در مبدلها حرارت ببینند ممکن است دچار انبساط حرارتی گردند. به عنوان مثال در یک مبدل پوسته و لوله افزایش درجه حرارت باعث افزایش اندازه لوله ها و پوسته می شود. از آنجایی که این افزایش ها ممکن است با هم فرق کنند، تنظیم های مختلفی برای کاهش اثرات حرارتی وجود دارد. شکل (۱۰-۲) یک صفحه تیوب ثابت بدون امکان انبساط می باشد. در شکل (۱۱-۲) مبدل با کلگی های متحرک یا اتصالات متحرک برای کاهش میزان استرس ناشی از انبساز حرارتی می باشند. این استرس های حرارتی با استفاده از لوله های U شکل نیز قابل جلوگیری می باشند.
استفاده از مبدلها با کلگی های ثابت برای زمانی که لوله ها کوتاه هستند یا اختلاف دما بین لوله و پوسته ماکزیمم oC30 می باشد استفاده می شود.
در اکثر موارد مبدلها با کلگی های متحرک ((Floating Head استفاده می شود.

شکل(۱۰-۲):مبدل با صفحه تیوب ثابت با دو گذر در قسمت لوله و یک گذر در پوسته

شکل(۱۱-۲): مبدل با کلگی متحرک floating head

۵-۲: انتخاب محل عبور سیال ها
تصمیم گیری برای قرار دادن سیال در داخل پوسته و لوله و اینکه کدامیک از آنها در داخل لوله قرار داده شود و کدامیک داخل پوسته ؛ به چند عامل بستگی دارد:
۱. فشارها: سیال با فشار بالا در قسمت لوله قرار می گیرد؛ زیرا ضخامت نسبی لوله (نسبت ب

دیدگاهتان را بنویسید