• بازدید : 67 views
  • بدون نظر
این فایل در ۵۴صفحه قابل ویرایش تهیه شده وشامل موارد زیر است:

مبدلهاي حرارتي وسايلي هستند كه براي بالا بردن و يا تسهيل جريان انتقال حرارت به كار مي روند . مثل هاي بي شماري از اين مبدل هاي در زندگي روزمره به هم مي‌خورد . هر موجود زنده اي به نوعي با مبدلهاي حرارتي كار دارد . پستانداران داري مبدل حرارتي پيچيده اي هستند . اولين قسمت آن شش است كه نه فقط وظيفه انتقال اكسيژن به خون و خارج كردن دي اكسيد كربن از آن را به عهده داد بلكه به اشباع كردن بازدم توسط بخار آب بدن را خنك مي كند 
قسمت دوم مبدل پوسته است كه با تغيير ظاهر فيزيكي خود با توجه رطوبت و سرعت هواي محيط انتقال حرارت از بدن را كنترل مي كند .
مبدل هاي حرارتي صنعتي از پيچيدگي برخودار است .ولي به دلت آوردن تكنولژي ساخت آن از اهميت بالايي برخوردار است . برخي از مبدلهاي صنعتي كه در كه در زندگي روزانه با آن سرو كار داريم عبارتند از وسايل وسايل جوشانيدن آب ، سيكل بر ماشينم يخچال كه داراي دو قسمت سرد كردن فضاي داخل يخچال و خارج نمودن گرماي گرفته نشوده توسط سيال برد به محيط است سيستم رادياتور اتومبيل موارد بسيار زياد ديگر . 
مبدل هاي حرارتي داري اهميت ويژه اي در حوزه وسيعي از صنعت مي باشند . مبدل هاي حرارتي در پالايشگاه ها ،نيروگاه ها ، اتومبيلها ، سيستم هاي تبريد ، تهويه مطبوع ، صنايع توليدي ، بازيابي حرارت و بسياري موارد ديگر به كار گرفته مي شود و از عوامل اصلي ايمني واحدهامحسوب مي شود .
در سالهاي اخير مبدلهاي حرارتي كاربرد روز افزون در صنايع شيميايي و صنايع ديگر پيدا كرده است . اين امر سبب نشوده تا توجه بسياري از محقيقن به سمت اين نوع مبدل و بررسي رفتار عمومي آن معطوف گردد . مبدل حرارتي صفحه اي كاربرد توسعه يافته خود را مرهون طرح مطلوب و مقرون به صرفه خود است . ضريب انتقال طرت بالا ، طرح جمع و جور و فشرده . سهولت امليات نظافت ، رسوب زدايي بازو 
بسته كردن و بياري از مورد ديگر از جمله مزاياي اين مبدل مي باشد .
از سال ۱۹۷۰ به بعد مقالات گوناگوني براي مدلسازي و شبيه سازي اين نوع مبدل انتشار يافته است . ولي با توجه تازگي و پيچيدگي موضوع كمبود هايي در اين زمينه احساس مي شود . براي بررسي اين نوع مبدل رفتار آن را مي توان در حالت پايدار و در حالت گز را بررسي كرد . روشهاي گوناگوني براي شبيه سازي اين رفتار ارائه مي شود كه هر يك بر اساس تئوريهاي متفاوت و روشهاي مختلف حل معادلات و تكنيكهاي عددي يا بعضا تحليلي مي باشد .  
پارامتر در مدلسازي درجه حرارت است و عوامل مؤثر ديگر به صورت  ضرايب ثابت و يا متغير در مدلها و دخالت داده مي شوند . البته مدلهايي نيز براي در نظر گرفتن پارامترهاي جريان و فشار ارائه نشده اند كه بررسيهاتا سال ۱۹۹۵ ميلادي حاكي از عدم پاسخگويي مطلوب يا قابل توجه آنها مي باشد . 
 
دسته بندي مبدلهاي حرارتي 
برخي مبدلهاي حرارتي كه براي انتقال حرارت بين دو يا چند سيال به كار مي روند را متوصيم به صورت زير دسته بندي نمود . 

۱-۲-۱- مبدل لوله اي 

۱-۲-۲- مبدل صفحه اي 

۱-۲-۱-۱- مبدل لوله و پوسته    (Sheu   x  tube) 
مبدل لوله و پوسته از متداولترين انواع تجهيزات انتقال حرارت است كه در صنعت به كار مي رود . اگر چه اين مبدل لزوما كم حجم نيست ولي توانايي بالاوشكل ساختمان  
 آن باعث گرديده كه براي اغلب كاربردها مناسب باشد . ماكزيمم شرايط شرايط عمليات كه براي اين مبدل توصيه شده است از ۲۰۰ تا۷۰۰  درجه سانتيگراد و تا فشار ۳۵۰ بار است . سطح انتقال حرارت مبدل از ۵ تا ۱۰۰۰ تر متر مربع است . با توجه نياز مختلف ، شكلهاي گوناگون از اين مبدلها طراحي نشده است .

۱-۲-۱-۲- كولر هوايي (    xhr – cooled  )
كولهاي هوايي هستند كه داراي تجهيزات انتقال حرارت لوله اي بوده كه در معرض هوا قرار مي گيرد . هواي عبوري از روي لوله هابه عنوان محيط سرد كننده براي سيال داخل لوله عمل مي كند . عبور هوا از روي لوله هامي تواند به صورت طبيعي انجام گيرد ولي به صورت انجام گيرد ولي اما براي افزايش ضريب انتقال حرارت از سيستم اجباري توسط فن استفاده مي شود . اين سيستمها داراي ماكزيمم شرايط عمليات ۲۰۰ درجه سانتيگرال و ۳۵۰ با مي باشند . سطح انتقال حرارت ايجاد شوده توسط يك واحد از ۵ تا   متر مربع تغيير مي كند . 

۱-۲-۱-۳- مبدل حرارتي دو لوله اي    Double  pipe ) )                          
  اساس ساختمان مبدل حرارتي دو ولوله يك لوله صاف و هموار يافين دار در طول آن است كه داخل لوله با قطر بيشتر قرار مي گيرد . در بعضي از انواع اين مودل ممكن است يك دسته لوله داخل لوله بزگتر قرار مي گيرد .
اين مبدل به ويژه براي ظرفيت هاي كم عمليات متقابل و فشار بالا مناسب است . محدوديت اي عملياتي آن از ۲۰۰ تا ۷۰۰  درجه سانتيگراد و تا فشار ۳۵۰ بار است . محدوها سطح انتقال حرارت آن نيز از ۲۵/۰ تا ۲۰۰ متر مربع مي باشد . 

۱-۲-۱-۴-  مبدل لوله گرمايي   (Heat    pipe )
مبدل لوله گرمايي از يك محفظه بسته ، سيال عامل در اكثر موارد و جسم مشبك كه بايد ، سطح داخلي محفظه ، نمودار پيوسته و محكمي را بسازد ، تشكيل مي شود . به علت استحكام و سهولت ساخت ، محفظه از يك لوله مروربا سطح مقطع ثابت ساخته مي شود . اين مبدلها به ويژه براي كابردهايي كاربردهايي كه شامل مهم بزرگي از گاز در فشار پاين و احتمالا در دماي بالا است مناسب مي باشد . محدوده دمايي ۱۰۰ تا ۴۰۰ درجه سانتي گراد و فشار۴۰ بار براي اين مبدلهاي مناسب است . سطح اين مبدلها از ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ متر مربع شعر است . 

 1-2-2- مبدل حرارتي صفحه اي 

 1-2-2- 1  مبدلهاي حرارتي حلزوني (Spiral   plate  heat exchanger) 
مبدلهاي حرارتي حلزوني در سال ۱۹۳۰ توسط Rosenbland patenter    جهت بازيابي انرژي حرارتي باقيمانده در فاضلاب صنايع تخمير و كاغذ سازي اختراع شد . بعد از جنگ جهاني دوم كاربرد اين انواع مبدلهاي حرارتي به تدريج در صنايع ديگر نيز گسترش يافت و در حال حاضر در اندازه هاي مختلف توسط شركتهاي بزرگي چون :    amercan  heat reclaing alfa –laval  co  aprco   ساخته و فروخته مي شوند و به عنوان يك جايگوزين عمومي براي مبدلهاي حرارتي پيوسته و لوله در فشارهاي پايين و متوسط مطرح هستند . اين مبدلها به ويژه براي عمليات روي مايعات و سكوز ، كثيف و مايعات حاوي سوسپانسيون جامد مناسب هستند . در ضمن محدود ، به سيالات تك فازي نبوده و مي تواند آن را براي گندانس و تبخير مايعات نيز به كار برد . محدوده كار اين مبدلها تا دماي ۴۰۰ درجه سانتيگراد و فشار ۲۰ بار مي باشد .
  • بازدید : 64 views
  • بدون نظر
این فایل در ۳۸صفحه قابل ویرایش تهیه شده وشامل موارد زیر است:

۱٫ مبدلهاي  دو لوله اي  
۲٫ مبدلهاي  لوله مارپيچي
۳٫ مبدلهاي  لوله پوسته اي 
۱٫ مبدلهاي  دو لوله اي 
 كه به صورت U شكل ساخته مي شود يك ازدو سيال  درلولة داخلي وديگري  درمجراي حلقوي بين دو لوله جريان دارند. لوله هاي هم محور به صورت  مستقيم  ساخته شده اند وبوسيله زانوي c ْ۱۸۰ در يك  انتها به هم  متصل مي شوندمبدلهاي  حرارتي دولوله اي درمواقعي كه  سطح تبادل حرارت  ورد نياز كوچك باشد وبخصوص موقعي كه يك  از دوسيال  گازمايع لزج ويا دبي  از ۵۰  متر مربع كوچكتر است مناسب  است .مبدل حرارتي به منظور انتقال لنرژي  حرارتي  بين دو سيال  در دماهاي مختلف بكار مي رود .مبدلهاي  حرارتي  در سيستمهاي  تبريد، تهويه مطبوع ، پالايشگاهها، اتومبيلها ،صنايع  توليد ،نيروگاهها، بازيابي حرارت و بسياري موارد ديگر بكار  ميرود.
۲٫ مبدل لوله  مارپيچي 
از يك يا چندحلقه  لولة مارپيچ  تشكيل  شده اند كه داخل  يك محفظه  قرارمي گيرند .
ابتدا وانتها لوله هاي مارپيچ به لوله هاي اصلي  ورودي و خروجي  متصل مي شوند.
جنس لوله هاي مارپيچ معمولاً فولاد كربن دار ، مس و آلياژي آن ، فولاد ضد زنگ و آلياژي نيكل مي باشد .
اگرسيالات لزج باشند از لوله هاي  پره دار نيز استفاده مي شوند.
اين نوع مبدلها براي سطح  تبادل حرارتي كمتر از m230وفشار هاي كمتر از ۴۰  اتمسفرمناسب هستند .
۳٫ مبدلهاي  لوله پوسته اي 
از متداولترين نوع مبدلهاي ،مبدلهاي لوله پوسته اي است كه براي انتقال حرارت  مايع –مايع، مايع – سيال درحالت تبخير و مايع –سيال درحالت تقطير بكارميروند.
اين مبدل ازيك پوسته وتعدادي لوله U شكل  با پره هاي طولي در داخل آن تشكيل شده  است وسيال سمت  پوسته در امتداد وموازي  لوله ها جريان دارد .
لوله هاي مبدل 
 هر مبدل لوله پوسته اي  از تعدادزيادي  لوله  تشكيل  شده است كه يك سيال  در  دا خل وسيال  ديگر درخارج  آن جريان دارد . لوله ها اجزاي  اساسي ومهم  مبدلها  مي باشند ،وسطح  انتقال  حرارت  بين سيال جاري  در درون  لولها وسيال خارج آنرا تشكيل مي دهند . لوله ها معمولاً  از نوع  بدون درز كششي  يا اكسيژن  توليد مي شوند ولي اخيراً نوع درزدار (جوشكاري شده)  نيز متدوال شده است و جنس  آن به نوع  سيال  بستگي داردو معمولاًاز فلزات، آلياژهاي  فلزي و يا موادغير فلزي  مانند پلاستيك ها است . اگر  ضريب  انتقال حرارت  جابجايي سمت  پوسته  كم باشد  از لوله هاي فين دار استفاده مي شود.
قطر خارجي  لوله ها  استاندارد (  ،  ،۱، ۱،  1)اينج  مي باشد .
 ضخامت  ديواره  لوله ها در واحدB.W.G  اندازه  گيري  مي شود.
اصول  كلي در طراحي مبدلهاي حرارتي  
اولين مرحله  درطراحي  مشخصات و فرضيات  مساله مي باشد ،بطوركلي مساله  خاصي كه براي  طرح  يك مبدل حرارتي مطرح  مي گردد ممكن است حاوي اطلاعات  خيلي  كم از قبيل  دماهاودبي ها ي دوجريان گرم و سرد بوده ويا  در مقابل ،داراي  اطلاعات  بسيار زياد  همراه با جزئيات بيشتر باشد . در مسالة مورد نظرما علاوه بر دبي هاودماهاي وسيال ،عوامل  ديگري ازقبيل فشارها ودماها ي  كاركردي ،افت فشارهاي مجاز، بارحرارتي  لازم ، اندازه مناسب ،محدوديت وزن ، قيمت و هزينة مجاز ،مواد لازم و همچنين نوع وآرايش مبدل نيزمطرح  است . با افزايش خواسته هها و قيود طراحي ،انتخاب وطرح  مبدل مناسب ،مشكل تر گرديده ومبدلي  كه بتواند همه شرايط  را ارضا نمايداز محدوديت  بيشترو تنوع  كمتري برخوردار است . بر اساس  مشخصات  مساله و نيز تجربه ، نوع مبدل وآرايش جريانها  انتخاب مي گرد .
تجزيه و تحليل مبدلهاي حرارتي  شامل محاسبات  انتقال حرارت ،افت فشارويا تعيين ابعاد  هندسي بوده و براي  انجام محاسبات مربوطه ،عواملي از قبيل  مشخصات  سطوح وخواص  هندسي انها، خواص  فيزيكي سيالها ونيز مشخصات  مساله  لازم  هستند. منظوراز مشخصات  سطوح ،خواص حرارتي واصطكاك آنها  مانند  منحني هاي JH وfبرحسبRe مي باشد.
وبا استفاده  ازروشهاي مختلف بهينه سازي  دررياضيات  بهترين ومناسبترين طرح رابايد انتخاب نمود . ممكن است  با توجه به متغييرهاي طراحي ،تعداد زيادي  جواب بدست آيد كه همگي شرايط طرح را داشته باشند .مسايل محاسبات حرارتي  درمبدلها بطوركلي دو دسته  هستند : اول مسايلي هستندكه درآنها نوع مبدل و اندازة  آن معوم بوده و موضوع  اصلي تعيين  نوع  انتقال  حرارت ودماهاي  خروجي سيال براساس دبي هاو دماهاي  ورودي  مي باشد . اين نوع مسايل  به مسايل  عملكردي  مبدلهاي حرارتي  شهرت  دارند .
مسايل نوع دوم ،دبي هاو دماهاي  ورودي وخروجي در سيال گرم و سرد داده  شده است .در اين مسايل  انتخاب  يك نوع مبدل  حرارتي  مناسب ،تعيين اندازه و محاسبه سطح موردنياز براي حصول  به دماي  خروجي موردنظر طراحي مي شوند. پس از محاسبات  حرارتي وانتخاب  مبدلهاي مناسب ،مرحله  طراحي  مكانيكي  مبدلها مي رسد.پايداري و مقاومت مبدلها در برابر عوامل  خارجي در اين مرحله  بررسي مي شوند.
محاسبات مقاومتهاي داخلي وتنشهاجهت  تعيين ابعاد و ضخامتهاي لازم  براي  صفحه ها، پرده ها،لوله ها ،پوسته و اجزاي  ديگر بكاربرده  مي شود.انتخاب مناسب مواد و روش اتصال پره ها به صفحه ها يا لوله ها، بستگي  به فشارها و دماهاي سيال دارد ونيز بستگي به عواملي  از قبيل دماها و فشارها ،افت  فشارها  مجازنيز شرايط تميزكاري  دارد .محاسبات  مربوط به تنشهاي  حرارتي ،براي تعيين  دوام و طول عمر مبدل بكار رفته و پيش بيني لازم  را براي خاموش و روشن كردن هاي  متوالي و شرايط  كاركرد نيمه بار انجام مي دهند.
همچنين بايد سرعتهاي مجاز جريانها براي به حداقل رساندن ارتعاشات ،فرسايش ،خوردگي ورسوب گذاري تعيين  شوند .علاوه بر اينها قيود خاصي كه ممكن است  درطرح وجود داشته باشند بايد درنظر گرفته  شوند .مانند تعويض قطعات و قابليت  سرويس و نگهداري و نوع تميز كردن. بنابراين يك طرح مكانيكي به همان اندازه و شايدهم بيشتراز طرح حرارتي  اهمت داشته واز پيچيدگي  نسبي بيشتري برخوردار است .اغلب ملاحظات مكانيكي بطور همزمان با طرح حرارتي موردبررسي قرار مي گيرند.
پس از آن مساله  ارزيابي برآورد هزينه  درمبدلها مطرح مي گردد .وهمچنين عوالي از قبيل معيارها. ر.شهاي ارزيابي وقيمت و هزينه  درنظر گرفته مي شود. محدوديتهاي ساخت از قبيل  قطعات مورد  نياز از موادخام ،قالب، ابزار،كوره ها،وماشينها مي باشندو هزينة تمام شده براي يك مبدل كه ازدو قسمت  تشكيل مي گردد :
۱٫ هزينه هاي مربوط به سرما يه گذاري درطرح ، مواد،ساخت، آزمايش،حمل و نقل و نصب .
۲٫ هزينه هاي حين  كاركرد  مبدل مانند هزينة پمپ كردن  سيالها ، نگهداري و تعمير  يا تعويض  قطعات و تميز كاري و…
طراحي مبدلهاي حرارتي پوسته و لوله 
بطوركلي هدف از طرح يك مبدل  حرارتي ونيز  تجزيه و تحليل  آن تعيين سطوح  لازم  جهت تبادل حرارت  مورد نياز  مي باشد .براي طراحي  مبدلهاي حرارتي  دوروش عمده  وجود دارد.
۱٫روش  استفاده از اختلاف دماي توسط  لگاريتمي
۲٫ روش  راندمان وتعداد واحدهاي  انتقال 
  • بازدید : 47 views
  • بدون نظر
این فایل در ۳۷صفحه قابل ویرایش تهیه شده وشامل موارد زیر است:

۱٫ مبدلهاي  دو لوله اي  
۲٫ مبدلهاي  لوله مارپيچي
۳٫ مبدلهاي  لوله پوسته اي 
۱٫ مبدلهاي  دو لوله اي 
 كه به صورت U شكل ساخته مي شود يك ازدو سيال  درلولة داخلي وديگري  درمجراي حلقوي بين دو لوله جريان دارند. لوله هاي هم محور به صورت  مستقيم  ساخته شده اند وبوسيله زانوي c ْ۱۸۰ در يك  انتها به هم  متصل مي شوندمبدلهاي  حرارتي دولوله اي درمواقعي كه  سطح تبادل حرارت  ورد نياز كوچك باشد وبخصوص موقعي كه يك  از دوسيال  گازمايع لزج ويا دبي  از ۵۰  متر مربع كوچكتر است مناسب  است .
مبدل حرارتي به منظور انتقال لنرژي  حرارتي  بين دو سيال  در دماهاي مختلف بكار مي رود .مبدلهاي  حرارتي  در سيستمهاي  تبريد، تهويه مطبوع ، پالايشگاهها، اتومبيلها ،صنايع  توليد ،نيروگاهها، بازيابي حرارت و بسياري موارد ديگر بكار  ميرود.
۲٫ مبدل لوله  مارپيچي 
از يك يا چندحلقه  لولة مارپيچ  تشكيل  شده اند كه داخل  يك محفظه  قرارمي گيرند .
ابتدا وانتها لوله هاي مارپيچ به لوله هاي اصلي  ورودي و خروجي  متصل مي شوند.
جنس لوله هاي مارپيچ معمولاً فولاد كربن دار ، مس و آلياژي آن ، فولاد ضد زنگ و آلياژي نيكل مي باشد .
اگرسيالات لزج باشند از لوله هاي  پره دار نيز استفاده مي شوند.
اين نوع مبدلها براي سطح  تبادل حرارتي كمتر از m230وفشار هاي كمتر از ۴۰  اتمسفرمناسب هستند .
۳٫ مبدلهاي  لوله پوسته اي 
از متداولترين نوع مبدلهاي ،مبدلهاي لوله پوسته اي است كه براي انتقال حرارت  مايع –مايع، مايع – سيال درحالت تبخير و مايع –سيال درحالت تقطير بكارميروند.
اين مبدل ازيك پوسته وتعدادي لوله U شكل  با پره هاي طولي در داخل آن تشكيل شده  است وسيال سمت  پوسته در امتداد وموازي  لوله ها جريان دارد .
لوله هاي مبدل 
 هر مبدل لوله پوسته اي  از تعدادزيادي  لوله  تشكيل  شده است كه يك سيال  در  دا خل وسيال  ديگر درخارج  آن جريان دارد . لوله ها اجزاي  اساسي ومهم  مبدلها  مي باشند ،وسطح  انتقال  حرارت  بين سيال جاري  در درون  لولها وسيال خارج آنرا تشكيل مي دهند . لوله ها معمولاً  از نوع  بدون درز كششي  يا اكسيژن  توليد مي شوند ولي اخيراً نوع درزدار (جوشكاري شده)  نيز متدوال شده است و جنس  آن به نوع  سيال  بستگي داردو معمولاًاز فلزات، آلياژهاي  فلزي و يا موادغير فلزي  مانند پلاستيك ها است . اگر  ضريب  انتقال حرارت  جابجايي سمت  پوسته  كم باشد  از لوله هاي فين دار استفاده مي شود.
قطر خارجي  لوله ها  استاندارد (  ،  ،۱، ۱،  1)اينج  مي باشد .
 ضخامت  ديواره  لوله ها در واحدB.W.G  اندازه  گيري  مي شود.
اصول  كلي در طراحي مبدلهاي حرارتي  
اولين مرحله  درطراحي  مشخصات و فرضيات  مساله مي باشد ،بطوركلي مساله  خاصي كه براي  طرح  يك مبدل حرارتي مطرح  مي گردد ممكن است حاوي اطلاعات  خيلي  كم از قبيل  دماهاودبي ها ي دوجريان گرم و سرد بوده ويا  در مقابل ،داراي  اطلاعات  بسيار زياد  همراه با جزئيات بيشتر باشد . در مسالة مورد نظرما علاوه بر دبي هاودماهاي وسيال ،عوامل  ديگري ازقبيل فشارها ودماها ي  كاركردي ،افت فشارهاي مجاز، بارحرارتي  لازم ، اندازه مناسب ،محدوديت وزن ، قيمت و هزينة مجاز ،مواد لازم و همچنين نوع وآرايش مبدل نيزمطرح  است . با افزايش خواسته هها و قيود طراحي ،انتخاب وطرح  مبدل مناسب ،مشكل تر گرديده ومبدلي  كه بتواند همه شرايط  را ارضا نمايداز محدوديت  بيشترو تنوع  كمتري برخوردار است . بر اساس  مشخصات  مساله و نيز تجربه ، نوع مبدل وآرايش جريانها  انتخاب مي گرد .
تجزيه و تحليل مبدلهاي حرارتي  شامل محاسبات  انتقال حرارت ،افت فشارويا تعيين ابعاد  هندسي بوده و براي  انجام محاسبات مربوطه ،عواملي از قبيل  مشخصات  سطوح وخواص  هندسي انها، خواص  فيزيكي سيالها ونيز مشخصات  مساله  لازم  هستند. منظوراز مشخصات  سطوح ،خواص حرارتي واصطكاك آنها  مانند  منحني هاي JH وfبرحسبRe مي باشد.
وبا استفاده  ازروشهاي مختلف بهينه سازي  دررياضيات  بهترين ومناسبترين طرح رابايد انتخاب نمود . ممكن است  با توجه به متغييرهاي طراحي ،تعداد زيادي  جواب بدست آيد كه همگي شرايط طرح را داشته باشند .مسايل محاسبات حرارتي  درمبدلها بطوركلي دو دسته  هستند : اول مسايلي هستندكه درآنها نوع مبدل و اندازة  آن معوم بوده و موضوع  اصلي تعيين  نوع  انتقال  حرارت ودماهاي  خروجي سيال براساس دبي هاو دماهاي  ورودي  مي باشد . اين نوع مسايل  به مسايل  عملكردي  مبدلهاي حرارتي  شهرت  دارند .
مسايل نوع دوم ،دبي هاو دماهاي  ورودي وخروجي در سيال گرم و سرد داده  شده است .در اين مسايل  انتخاب  يك نوع مبدل  حرارتي  مناسب ،تعيين اندازه و محاسبه سطح موردنياز براي حصول  به دماي  خروجي موردنظر طراحي مي شوند. پس از محاسبات  حرارتي وانتخاب  مبدلهاي مناسب ،مرحله  طراحي  مكانيكي  مبدلها مي رسد.پايداري و مقاومت مبدلها در برابر عوامل  خارجي در اين مرحله  بررسي مي شوند.
محاسبات مقاومتهاي داخلي وتنشهاجهت  تعيين ابعاد و ضخامتهاي لازم  براي  صفحه ها، پرده ها،لوله ها ،پوسته و اجزاي  ديگر بكاربرده  مي شود.انتخاب مناسب مواد و روش اتصال پره ها به صفحه ها يا لوله ها، بستگي  به فشارها و دماهاي سيال دارد ونيز بستگي به عواملي  از قبيل دماها و فشارها ،افت  فشارها  مجازنيز شرايط تميزكاري  دارد .محاسبات  مربوط به تنشهاي  حرارتي ،براي تعيين  دوام و طول عمر مبدل بكار رفته و پيش بيني لازم  را براي خاموش و روشن كردن هاي  متوالي و شرايط  كاركرد نيمه بار انجام مي دهند.
همچنين بايد سرعتهاي مجاز جريانها براي به حداقل رساندن ارتعاشات ،فرسايش ،خوردگي ورسوب گذاري تعيين  شوند .علاوه بر اينها قيود خاصي كه ممكن است  درطرح وجود داشته باشند بايد درنظر گرفته  شوند .مانند تعويض قطعات و قابليت  سرويس و نگهداري و نوع تميز كردن. بنابراين يك طرح مكانيكي به همان اندازه و شايدهم بيشتراز طرح حرارتي  اهمت داشته واز پيچيدگي  نسبي بيشتري برخوردار است .اغلب ملاحظات مكانيكي بطور همزمان با طرح حرارتي موردبررسي قرار مي گيرند.
پس از آن مساله  ارزيابي برآورد هزينه  درمبدلها مطرح مي گردد .وهمچنين عوالي از قبيل معيارها. ر.شهاي ارزيابي وقيمت و هزينه  درنظر گرفته مي شود. محدوديتهاي ساخت از قبيل  قطعات مورد  نياز از موادخام ،قالب، ابزار،كوره ها،وماشينها مي باشندو هزينة تمام شده براي يك مبدل كه ازدو قسمت  تشكيل مي گردد :
۱٫ هزينه هاي مربوط به سرما يه گذاري درطرح ، مواد،ساخت، آزمايش،حمل و نقل و نصب .
۲٫ هزينه هاي حين  كاركرد  مبدل مانند هزينة پمپ كردن  سيالها ، نگهداري و تعمير  يا تعويض  قطعات و تميز كاري و…
طراحي مبدلهاي حرارتي پوسته و لوله 
بطوركلي هدف از طرح يك مبدل  حرارتي ونيز  تجزيه و تحليل  آن تعيين سطوح  لازم  جهت تبادل حرارت  مورد نياز  مي باشد .براي طراحي  مبدلهاي حرارتي  دوروش عمده  وجود دارد.
۱٫روش  استفاده از اختلاف دماي توسط  لگاريتمي
۲٫ روش  راندمان وتعداد واحدهاي  انتقال 
  • بازدید : 45 views
  • بدون نظر
این فایل در ۷۵صفحه قابل ویرایش تهیه شده وشامل موارد زیر است:

با توجه به اينكه در صنعت از جمله صنايع پالايش و پتروشيمي مبدل حرارتي وجود دارند كه از لحاظ مصرف انرژي بهينه نمي‌باشند و از لحاظ اقتصادي مناسب نيستند و از طرفي ممكن است بعد از مدتي مشكلاتي از نظر عملياتي نيز در فرآيند ايجاد نمايند. دانشمندان به فكر اصلاح (Retrofit) شبكه مبدل‌هاي حرارتي افتادند بطوري كه هدفشان كاهش مصرف انرژي و طبعاً كاهش هزينه‌هاي عملياتي بوده است بنابراين متدهاي گوناگوني را ارائه داده‌اند كه از جمله اين متدها مي‌توان به متد‌هاي رياضي و تحليلي اشاره نمود 
لذا جهت كاهش هزينه طراحي لازم است تا جايي كه امكان دارد از وسايل موجود حداكثر استفاده را نمود بنابراين احتياج مي‌باشد كه به آزمايش هر مبدل به طور جداگانه و بررسي تأثير آن در عملكرد كلي شبكه پرداخته شود به اين ترتيب مي‌توان دريافت كه كدام مبدل اثر مثبت در شبكه دارند و بايد به عنوان مبدل مناسب حفظ گردد و كدام مبدل به طور نامناسب جايگذاري شده‌اند و بايستي تصحيح گردد از اين رو به روش‌هايي كه براي اين بررسي وجود دارد پرداخته كه عبارتند از : ۱- مبدل‌هاي عبوري از Pinch. 2- منحني نيروي محركه. ۳- تحليل مسئله باقي مانده. ۴- تغيير موقعيت مبدل‌ها. 
و مفصلاً روش‌هاي فوق را مورد بحث قرار داده و به نتيجه‌گيري در مورد روش‌هاي فوق پرداخته و بعد از آن طراحي را آغاز نموده. در ابتدا مراحل طراحي را بيان نموده كه عبارتند از: 
۱- تحليل مبدل‌هاي موجود. ۲- تصحيح مبدل‌هاي نامناسب. ۳- جايگذاري مبدل‌هاي جديد. ۴- اعمال تغييرات ممكن در طرح.
و سپس به توضيح مراحل فوق پرداخته و در نهايت به اعمال محدوديت‌هاي فرآيند در روش طراحي اشاره شده است با توجه به اينكه در فصل دوم يك روش هدف‌يابي براي متد Pinch بيان شده بود در فصل چهارم يك روش هدف‌يابي جديدي براي بهبود (Retrofit) شبكه مبدل‌هاي حرارتي ارائه شده است كه اين روش به نام تحليل مسيري عنوان شده و به ارزيابي زير ساختار‌ها (يعني اجزا مستقل شبكه موجود) به منظور بدست آوردن اقتصادي‌ترين و عملي‌ترين فرصت براي ذخيره انرژي را ارائه كرده است و همانطور كه در پيشينه اشاره شد اصلاح شبكه از طريق روش و سنتز رياضي روش‌هاي متعددي دارد كه ما در فصل پنجم اين سمينار فقط بطور گذرا و خيلي مختصر روش مركب براي اصلاح شبكه مبدل‌هاي حرارتي و مدل Synheat را معرفي نموده.
 
پيشينة اصلاح مبدل‌هاي حرارتي:
امروزه طراحي بهبود يافته شبكه‌هاي مبدل‌هاي حرارتي (HERL) نقش مهمي در سامانه‌هاي ذخيره انرژي ايفا مي‌نمايد. 
شبكه‌هاي موجود بيش از فرآيندهاي جديد بايستي براي بهبود در بازگشت انرژي مورد توجه قرار گيرند. 
اصلاح شبكه‌هاي حرارتي (HEN) موجود را مي‌توان با استفاده از دو روية عمده به انجام رسانيد بطوريكه افراد متعددي در اين زمينه فعاليت نموده‌اند. 
۱- روش تحليل Pinch :
اين روش بر‌پايه ترموديناميك (و مفاهيم فيزيكي) و فرآيندهاي كاوشي است. 
از جمله افرادي كه پايه‌گذار اين روش بوده‌اند مي‌توان به T.N. Tjoe and B.linnhoff در سال ۱۹۸۶ اشاره نمود علاوه بر اينها افرادي همچون Van Reisen, Graham T.Polley در سال ۱۹۹۷ يك روش اساسي به نام تحليل مسيري براي ارزيابي زير ساختارها يا بعبارتي زير شبكه‌ها (يعني اجزاء مستقل شبكه‌ها) به منظور بدست آوردن اقتصادي‌ترين و عملي‌ترين فرصت‌ها براي ذخيره انرژي را ارائه داده‌اند. 
۲- روش برنامه‌ريزي رياضي: 
در اين روش شبكه‌هاي مبدل حرارتي به صورت مدل‌هاي رياضي نشان داده مي‌شوند. 
از جمله افرادي كه در زمينه مدل‌هاي خطي كار كرده‌اند مي‌توان به 
S.A. Papoulias, I.E. Grossmann  در سال ۱۹۸۳ اشاره نمود كه از مدل خطي براي تعيين حداقل هزينه تأسيسات وسايل و حداقل تعداد واحدها استفاده نموده‌اند.
اما در زمينه مدل‌هاي غير خطي C.A. Floudas, A.R. Ciric 1983 و ۱۹۹۱ و T.F. Yee, E.I. Grossmann در سال ۱۹۹۰ تعدادي از مدل‌هاي غيرخطي را كه از لحاظ محاسباتي گرانتر هستند هم براي به حداقل رساندن هزينه‌هاي سطحي و هم براي به حداقل رساندن همزمان تأسيساتي (تعداد واحدها و سطوح مبدل‌هاي حرارتي) ارائه نموده‌اند.
افرادي مانند E.N. Pistikopoulos و  K.P. Popalexandri در سال ۱۹۹۴ مدل‌هاي بهينه‌سازي MINLP را نه ‌تنها براي تعيين طراحي بلكه براي شرايط عملياتي مطلوب، تحت فرض قابل كنترل ديناميك بسط داده‌اند ولي اين مدل براي مسائل با مقياس بزرگ قابل استفاده نمي‌باشد.  چون روش‌هايي كه بر مبناي الگوريتم برنامه‌ريزي غير خطي صحيح مركب MINLP)) هستند براي دسترسي به شكل بهبود يافته مشكلات محاسباتي زيادي دارند بويژه در حالتي كه مسئله مقياس آن بسيار بزرگ باشد Ca. Athier & P. Floquet در سال ۱۹۹۶ روش‌هاي بهينه‌سازي تصادفي همراه روش‌هاي جبري را براي حل مسائل طراحي فرآيند مطرح نمودند بعنوان مثال از روش‌هاي NLP و شبيه‌سازي بازپخت براي حل طراحي  شبكه مبدل‌هاي حرارتي استفاده نموده‌اند هرچند به حالات Retrofit توجه دقيق و كاملي نداشته‌اند.
علاوه بر روش‌هاي فوق يك روش گرافيكي براي انتگراسيون حرارتي يك سايت كامل ابتدا توسط Linnhoff و Dhole در سال ۱۹۹۲ ارائه گرديد و سپس توسط Raissi در سال ۱۹۹۴ موشكافي شد. 
X.X. Zhu and N.D.K. Asante  در سال ۱۹۹۶ يك روش تحليل رياضي كه بدنبال ساده‌ترين تغييرات مي‌باشد و بيشترين صرفه‌جويي در انرژي را داشته باشند هر چند آنها براي رسيدن به اين صرفه‌جويي سرمايه‌گذاري مورد نياز را ناديده مي‌گيرند و از طرفي اين روش يك روش تكاملي مي‌باشد. 
و از طرفي همين دو فرد در سال ۱۹۹۹ روش مركب برنامه‌ريزي رياضي و تحليل ترموديناميكي را بيان داشتند بيشتر تحقيقات اخير به سمت روش‌هاي پيشرفته‌تر جهت‌گيري داشته‌اند مثلاً بهبود HEN با در نظر گرفتن افت‌هاي فشار
Nie,X.X.Zhu X.R.    كه در سال ۱۹۹۹ ارائه نموده‌اند. 
روش دو مرحله‌اي با استفاده از دماي معبر ثابت در قدم اول و MINLP براي نهايي كردن طراحي در مرحله دوم  كه توسط Ma, k.L, T.F, Yee, … در سال ۲۰۰۰ ارائه گرديد و تغييرات همزمان فرايند و بهبود HEN كه بوسيله Zhany ,.X.X. Zhu . J در سال ۲۰۰۰ ارائه شد. 
با اين وجود انتخاب همزمان انواع مختلف HE بطور همزمان با بهبود HEN توسط
A. Sorsak & Z.Karavanj a  در سال‌هاي ۱۹۹۹ تا ۲۰۰۲ ارائه گرديد علاوه بر اين  
K-M. Bjork & T,Westerlund در سال ۲۰۰۲ مدل Synheat كه توسط
 T.F, Yee & E.I, Grossmann  در سال ۱۹۹۱ بيان شده بود را بدون ساده‌سازي فرض‌هايي  از قبيل توابع هزينه سطحي خطي، فرض عدم شكاف جرياني و فرض‌هاي مشابه به حالت كلي مطلوب حل كرده‌اند ولي چون مدل Yee و K-M. Bjork كه در سال ۲۰۰۲ بيان شده بود فقط طراحي شبكه مبدل حرارتي Grassroot را مورد توجه قرار مي‌داد لازم بود كه مدل‌هاي ديگري پيدا شود بطوري كه چندين مقاله اين موضوع را مورد توجه قرار دادند مثلاً Yee & Grossmann  در سال ۱۹۹۱ و يا مقاله اخيري كه در سال ۲۰۰۵ توسط K-m. Bjork & T, Westerlund بيان شد و آمدند مدل Synheat را براي رسيدن به هدف بهبود خود تغيير دادند مدل Synheat  تغيير يافته بر اساس آنچه كه در سال ۲۰۰۲ مطرح شده بود فرمول نويسي شده است و براي شبكه‌هاي شامل مسائل مقياس بزرگ مي‌باشد و براي حل مدل Synheat  تغيير يافته از مدل هيبريد استفاده نموده‌اند. 

عتیقه زیرخاکی گنج