عنوان :

مقاله تجزیه و تحلیل اثر بار حرارتی یک لوله گرمایی بدون فتیله (

ترموسیفون ) و محاسبه ضریب کلی انتقال حرارت و جابجایی بر روی

آن

تعداد صفحات : ۶۴

نوع فایل : ورد و قابل ویرایش

چکیده :

این تحقیق به بررسی نحوه استفاده از ترموسیفون در صنایع مختلف و تجزیه و تحلیل اثر بار حرارتی ترموسیفون و محاسبه ضریب کلی انتقال حرارت و جابجایی  برروی آن میپردازد.

یک ترموسیفون، در واقع یک لوله ی گرمایی بدون فتیله است که حاوی مقداری سیال عامل می باشد، که با بخار خود در حال تعادل است. در این پژوهش، عملکرد حرارتی یک لوله ی ترموسیفون مسی، به قطر خارجی mm22 ، و طول ساده ی mm620 ، با سیال عامل آب ، به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است.نتایج نشان داد که

ضریب کلی انتقال حرارت، با افزایش دمای دو قسمت تبخیرکننده و چکالنده، رابطه ی مستقیم داشته و نسبت پر شدن ۶۰%  لوله ی ترموسیفون، به دلیل این که در اختلاف دمای کمتری، ضریب بالاتری دارد، مقدار مناسبی است.
ضریب انتقال حرارت جا به جایی در طول ترموسیفون، با افزایش دمای میانگین
قسمت تبخیرکننده، افزایش می یابد، که نسبت پر شدن ۶۰%  در این مورد نیز، نتیجه ی مطلوبی دارد.
اتلاف حرارت در قسمت چگالنده، به صورت جا به جایی بوده و نسبت به توان ورودی، مقدار آن ناچیز است، که می توان از آن صرف نظر کرد.
میزان اتلاف حرارت قسمت تبخیر کننده، از جداره ی خارجی عایق، به دو صورت جا به جایی و تابش بوده، که ۵/۳ درصد انرژی ورودی به گرمکن الکتریکی می باشد و مقدار قابل ملاحظه ای است.
اتلاف حرارت محاسبه شده به دو صورت تئوری و آزمایشگاهی، اختلاف  قابل قبولی دارند، که این مورد، در زمینه ی ساخت لوله ی گرمایی و استفاده از آن در مبادله کن، جهت کاربردهای صنعی، مؤثر می باشد.

در فصل  اول  به بررسی بازیافت گرما و کاربردهای آن در صنعت پرداخته ایم.

در فصل دوم در مورد لوله های گرمایی و انواع آن و همچنین مصارف آن در صنایع مختلف بحث شده است. در فصل سوم به نحوه استفاده از ترموسیفون در صنعت نانوایی و فواید آن در جلوگیری از اتلاف انرژی اشاره شده است.در فصل چهارم به بررسی تاثیر نسبت هندسی و نسبت پر شدن بر ویژگی های انتقال گرمای یک ترموسیفون بسته دو فازی پرداخته ایم .

در فصل پنجم اثر بار حرارتی یک ترموسیفون و محاسبه ضریب کلی انتقال حرارت و جابجایی بر روی آن را مورد بررسی قرار دادیم .

 واژه های کلیدی: بازیافت گرما، ترموسیفون، صنعت نانوایی،  بار حرارتی،   ضریب انتقال حرارت و جابجایی

فهرست مطالب

چکیده۱
مقدمه۲
فصل اول :  بازیافت گرما
کاربردهای بازیافت انرژی در صنعت۴
مزایای اقتصادی بازیافت گرما۴
مزایای زیست محیطی بازیافت گرما۵
تجهیزات بازیافت انرژی۶
اساس تجهیزات بازیافت انرژیگاز – گاز۶
۱ـ لوله های حرارتی (heat pipe)6
۲ ـ مبدل های حرارتی گردان (Rotary)7
۳ ـ سیستم بازیافت انرژی گردشی(Run – Around energy recovery Loop)8
۴ ـ مبدل های حرارتی صفحه ای ثابت (Fix Plate)8
فصل دوم: آشنایی با لوله های گرمایی
تئوری لوله های گرمایی۱۱
اصول عملکرد لوله های گرمایی۱۲
محدودیت های انتقال حرارت در لوله های گرمایی۱۸
۱ ـ حد جوشش۱۸
۲ ـ حد موئینگی۱۹
۳ ـ حد لزجت۱۹
۴ ـ حد ماندگی۲۰
۵ ـ حد صوتی۲۰
انواع لوله های گرمایی۲۲
الف) بر حسب ساختار۲۲
۱ ـ ترموسیفون۲۲
۲ ـ لوله ی گرمایی استاندارد۲۳
۳ ـ لوله ی گرمایی حلقوی۲۴
۴ ـ لوله گرمایی صفحه تخت۲۴
۵ ـ لوله ی گرمایی شعاعی (گردان)۲۴
۶ ـ لوله ی گرمایی پیش لبه۲۵
ب) بر حسب دمای عملیاتی۲۵
۱ ـ لوله ی گرمایی سرمازا (CHP)25
۲ ـ لوله ی گرمایی دما پایین (LHP)26
۳ ـ لوله ی گرمایی دما متوسط۲۶
۴ ـ لوله ی گرمایی دما بالا۲۶
محدوده ی کاربرد لوله های گرمایی۲۶
کاربردهای مبدل های حرارتی لوله ی گرمایی۲۷
۱ ـ گرمایش کف و روشنایی ساختمان۲۷
۲ ـ گلخانه ها و کاربردهای کشاورزی۲۸
۳ ـ سرد کردن وسایل برقی و الکترونیکی۲۸
۴ ـ تولید الکتریسیته۳۰
۵ ـ دیگ بازیاب گرمای اتلافی۳۰
۶ ـ جوش آورهای صنایع شیمیایی و پتروشیمی۳۱
۷ ـ مبدل های حرارتی خشک کن ـ هوا۳۲
۸ ـ بازیافت گرمایی محیط نانوایی۳۳
فصل سوم : بازیافت گرمای هدر رفته در نانوایی ها
سیستم بازیافت گرما۳۶
استفاده از سیستم بازیافت گرما در صنایع پخت نان۳۷
سیستم بازیافت گرمای پخت نان Buttercup با استفاده از LTHE 38
سیستم گرمای هدر رفته در نانوایی۳۸
تجزیه و تحلیل طرح ۳۹
شرایط نانوایی ۳۹
سیستم لوله و مجاری موجود در نانوایی۳۹
سیستم فن۴۱
شارژ نمودن مبدل گرمایی لوله گرمایی ترموسیفون حلقه ای ۴۱
بررسی اطلاعات نادرست قبلی۴۱
اندازه گیری جریان ۴۲
اندازه گیری دما ۴۲
فصل چهارم : تاثیر نسبت هندسی و نسبت پر شدن بر ویژگی های انتقال گرما در یک ترموسیفون بسته دو فازی۴۴
لوازم آزمایشی و فرآیند مربوط بدان۴۷
نتایج آزمایشگاهی و بحث و بررسی۵۰
نتایج۵۲
فهرست علامات۵۳
فصل پنجم : تجزیه و تحلیل اثر بار حرارتی یک لوله گرمایی بدون فتیله ( ترموسیفون ) و محاسبه ضریب کلی انتقال حرارت و جابجایی بر روی آن
آزمایش های ترموسیفون۵۵
تجزیه و تحلیل اثر بار حرارتی لوله گرمایی۵۷
اتلاف حرارت در قسمت چگالنده۵۷
اتلاف حرارت در قسمت تبخیر کننده و آدیاباتیک ۵۹
بحث و نتیجه گیری ۶۱
منابع۶۴

منابع

[۱] Dunn, P.D. and Reay, D. A.,  “ Heat Pipes ”, ۳rd. Ed. Pergamon Press, 1994

[۲] Faghri, A. “ Heat Pipe Science and Technology ”, Taylor & Francis, USA, 1995

[۳] Li, H., Akbarzadeh, A., Johnson, P., “The Thermal Characteristics of a Closed two-phase Thermosyphon at Low Temperature Difference”, Heat Recovery System & CHP, Vol. 11, No. 6, Britain, pp. 533-540, 1991

[۴] Shalaby, M.A., Araid, F.F., Sultan, G.I., Awad, M., “Heat Transfer Performance of a two-phase Closed Thermosyphon”, ۶IHPC, Chiang Mia, 2000

[۵] Noie, S.H., Ayani, M.B. “ Effect of Aspect Ratio and Filling Ratio on Heat Transfer Characteristics of a two-phase Closed Thermosyphon”, ۶IHPS, Thailand, 2000

[۶] نوعی باغبان ، س. ح. و خشنودی ، م. ،“ انتقال حرارت اصول و کاربرد” ، جلد ۱ و ۲ ، مشهد ، ۱۳۷۲

مقدمه:

با صنعتی شدن بیش تر جهان، بخش صنعتی انرژی بیش تری را نسبت به گذشته مصرف می کند . بیش تر انرژی برای مقاصد صنعتی، هم چون تولید بخار، آب داغ، دستگاه های گرم کننده و محرک استفاده می شود. مصرف انرژی رو به افزایش است اما منابع انرژی موجود در حال کاهش می باشند. این امر هشداری است برای بخش صنعتی . در نتیجه بخش صنعتی سعی در بازیافت و دسترسی مجدد به انرژی مصرف شده داشته است.

بازیافت گرمای هدر رفته یکی از گزینه ها در محافظت از انرژی و حفظ منابع انرژی است. سال هاست که این روش مورد تحقیق و بررسی بوده است . استفاده از روش بازیافت گرمای هدر رفته برای صنایع تازگی ندارد. لوازم بازیافت گرمای هدر رفته ، به عنوان مثال ، مبدل های گرمایی می باشند. هر وسیله ای که مبادله گرما را میان دو سیال تسهیل نماید ، ممکن است یک مبدل گرمایی دانسته شود . تنوع کاربردهایی که در آن ها از لوازم مبدل های گرمایی استفاده می شود ، دامنه ی وسیعی از لوازم را شامل می شوند که در پیشرفته بودن به لحاظ فنی و اندازه شامل لوازمی چون رادیاتورها و یخچال های خانگی، موتور هواپیما ها و موتور وسایل نقلیه و کارخانه فرآوری شیمیایی می شوند. در نتیجه ، شکل های مختلف مبدل های گرمایی طراحی شده اند. این ها اغلب تحت عنوان recuprators یا regenemtor بسته به فرآیند ی که از طریق آن مبادله گرمایی میان ۲ سیال انتقال گرما صورت می پذیرد ، نامیده می شوند. استفاده از روش بازیافت گرمای هدر رفته نه تنها مصرف منابع عمده را کاهش می دهد ، بلکه آزاد سازی دی اکسید کربن به محیط را نیز می کاهد. و نقش مهمی در کاهش تولید دی اکسید کربن با کاهش مصرف منابع عمده انرژی هم چون ، زغال سنگ، سوخت فسیلی، و غیره ، ایفا می کند. جنبه ی محیطی، همچنین برای بخش صنعتی یک مورد نگرانی بوده است. امروزه ، با تغییرات بسیاری در این سیاره به دلیل آزاد سازی دی اکسید کربن به محیط روبرو هستیم : گرم شدن زمین ، کاهش لایه های اوزون ، تغییرات قابل توجه آب و هوایی و بسیاری دیگر . این ها فقط چند مورد از عواقب عدم کنترل مؤثر مصرف انرژی توسط انسان است .

بازیافت حرارت، بهره برداری از انرژی هدر رونده ( waste energy ) از فرآیندهای مختلف صنعتی است. در بسیاری از طرح ها، نظیر صنایع قند، پتروشیمی، پالایشگاه ها و ….، انرژی، مهم ترین عامل در سوددهی این طرح هاست. نکته ی اصلی در بازیافت حرارت اتلافی، آن است که بتوان کاربردهای مناسب و همچنین، یک روش علمی و یا وسیله ی کم هزینه برای استفاده از از این انرژی پیدا نمود.  این وسایل را، تجهیزات بازیافت حرارت می نامند. بازیافت انرژی، علاوه بر ذخیره سازی انرژی، همواره اقتصادی بوده و موجب کاهش آلودگی محیط زیست می باشد.

کاربردهای بازیافت انرژی در صنعت:

صنایع خمیر سازی و کاغذ سازی، برای کلیه ی فرآیندهای خود، از پیش گرم نمودن آب آسیاب ها به وسیله ی بخار ناشی از جدا کننده های گاز ـ مایع (separator) تا خنک نمودن فاضلاب صنعتی خروجی پس از تصفیه ی آن، به بازیافت حرارت نیاز دارند.

صنایع شیمیایی، تقریباً در کلیه ی فرآیندها، برای استفاده از انرژی در تولید مواد خاص مورد نظر، نیاز به بازیافت حرارت دارند.

صنایع نفت، نیاز به بازیافت گرما از آب همراه نفت و گاز و احیاء کننده های فرآیند تصفیه ی نفت و گاز و همچنین در مورد احیاء گلایکول و آمین دارند.

 در صنایع غذایی و صنایع الکل سازی،  مبادله کننده ها برای پاستوریزه نمودن، بازیافت
حرارت لازم برای رنگ بری آب، گرم نمودن ذخیره ی مواد غذایی در فرآیندهای تقطیر
پیش از ورود به برج و بازیافت حرارت زائد از خشک کننده ها و دستگاه های پخت، به کار     می روند.

فوائد اقتصادی بازیافت گرما:

عامل تعیین کننده ی بازگشت سرمایه، کاهش هزینه ی خرید انرژی در آینده در اثر صرفه جویی در مصرف انرژی، در برابر هزینه ی خرید مبدل های حرارتی است که می توانند این کاهش مصرف را، برای فرآیندها فراهم نمایند.  به کار بردن مبدل های حرارتی، بسیار سودمند است و عموماً برای هر یک میلیون Btu / hr  در سال، هزینه ای در حدود $ ۳۵۰۰۰  ذخیره می شود. عامل تعیین کننده ی دیگر، دمای عملیاتی فرآیندهای صنعتی است. دماهای بالاتر، کیفیت و ارزش بیشتری را برای گرمای بازیافت شده، ایجاد می نمایند. کمپانی هایی که در مبدل های حرارتی سرمایه گذاری می نمایند، عموماً توجه کمتری به مصارف عمومی دارند و در نهایت، صنایعی مانند خطوط هوایی آمریکا و یا صنایع
Clark – Schwebel Fiber glass ، ادعا می نمایند، که نصب مبدل های حرارتی برای بازیافت حرارت، می تواند هزینه ی خود را ظرف ۲ تا ۶ ماه بازگرداند.

از لحاظ اقتصادی، امکان پذیر بودن سیستم بازیافت انرژی گاز ـ گاز، دارای ملاحظاتی می باشد:

بهای انرژی: بالا بودن بهای انرژی، علاقه را برای سطوح بالاتر بازیافت، افزایش می دهد.
ارزش انرژی تلف شده ( waste grade ) : ارزش انرژی تلف شده در دماهای بالا برای بازیافت، اقتصادی تر می باشند.  اختلاف دمای زیاد بین منبع انرژی تلف شده  و جریان هوای جانشین، اقتصادی تر است.
توافق و استمرار عرضه و تقاضای انرژی دور ریز:  بازیافت انرژی، هنگامی اقتصادی تر است، که عرضه با تقاضا مطابق بوده و هر دو تقریباًٌ ثابت باشند.
تأثیر سیستم های بازیافت بر تجهیزات سرمایشی و گرمایشی.

فوائد زیست محیطی بازیافت گرما:

بازیافت حرارت، آلودگی منتشره ی ناشی از تولید گرما را کاهش می دهد.  این آلودکی، شامل ذرات مونواکسید کربن، دی اکسید کربن، دی اکسید سولفور و مونو اکسید نیتروژن می باشند.  استفاده از دستگاه های بازیافت حرارت،  موجب کاهش آلودگی های زیست محیطی ناشی از استخراج، انتقال و نگهداری از حامل های اولیه ی انرژی می شود.

بسیاری از کارخانه ها و ساختمان های صنعتی، معمولاً دارای نرخ (rate)  خروج بخار بالا بوده، معمولاً فرآیندها، نیازمند مصرف بیش از حد انرژی اند.

آلودگی هوای داخل مجموعه، موجب می شود که بخار، از شرایط مناسب خود خارج شود.  بخاری که شامل آلودگی هایی مانند، بخارات قابل اشتعال و ذرات جامد باشد، باید از ذرات پاک سازی شده (Cleaned) و به شرایط تعیین شده ی خود باز گردد. در غیر این صورت، یک سیستم خروج بخار موضعی و یا عمومی را به کار می برند.

هنگامی که بخار به هوا تخلیه می شود،  با خود انرژی زیادی را خارج می نماید؛ در نتیجه، هنگامی که پاک سازی هوا و بخارات خروجی، برای رسیدن به شرایط مطلوب ممکن نباشد، سیستم بازیافت   حرارت، مورد بررسی قرار می گیرد؛ زیرا ذخیره سازی و بازیافت آن، به مقدار قابل توجهی مصرف انرژی را کاهش می دهد.

تجهیزات بازیافت انرژی:

اساس تجهیزات بازیافت انرژی گاز ـ گاز، دو گونه است:

۱-     سیستم های بازیافت گرمای محسوس: که تنها گرمای محسوس را از جریان بخار هوای خروجی، بازیافت می نمایند.

۲-   سیستم های بازیافت گرمای نهایی:  که بازیافت آنتالپی نیز نامیده می شوند، هم گرمای محسوس و هم گرمای نامحسوس را بین دو جریان هوا انتقال می دهند.

نوع تجهیزات بازیافت حرارت مورد استفاده، بر مبنای نوع انرژی ای که بازیافت می شود، مقدار مجاز آلودگی همراه و هزینه ی تجهیزات و سیستم ها می باشد.

متداول ترین انواع تجهیزات سیستم های بازیافت انرژی گاز ـ گاز،

شامل:

مبدل های حرارتی صفحه ای ثابت ( fix – plate ) ، مبدل های حرارتی گردان ( rotary ) و مبدل های حرارتی گردشی ( run – around loops ) و لوله های حرارتی.

۱٫ لوله های حرارتی Heat Pipe Heat Exchanger :

لوله های حرارتی ، لوله هایی هستند که با قرار دادن یک فتیله با خاصیت مویینگی کامل تخلیه کردن هوا و پر کردن با یک سیال انتقال دهنده ی حرارت ( سیال عامل ) و عایق سازی دائمی لوله ها ( نسبت به ورود و خروج جرم ) ساخته می شوند .

لوله های حرارتی در یک سیکل بسته تبخیر کننده / کندانسور عمل می نماید که به صورت پیوسته تا هنگامی که اختلاف دما وجود دارد و انتهای سرد در ارتفاع بالاتری از انتهای گرم قرار دارد ، عمل       می نماید .

در فصل بعد ، درباره ی لوله های گرمایی و یک نوع خاص آن یعنی ترموسیفون بیش تر صحبت خواهد شد .

۲٫ مبدل های حرارتی چرخنده ( گردان ) Rotary :

مبدل های حرارتی گردان می توانند گرمای نهان را همانند گرمای محسوس ، بسته به ماده ی واسطه ی انتقال حرارتی به کار می رود ( depending up on heat transfer media used ) بازیافت نمایند .

یک مبدل های حرارتی گاز – گاز دوار ، چرخ حرارتی ، یک سیلندر چرخنده ( revolving ) است که به وسیله ی یک ماده واسطه نفوذ پذیر نسبت به هوا اشغال شده است ( filled with an air permible Heat Exchanger )  این واسطه ( ماده ) دارای سطح وسیع داخلی می باشد .

جریان ورودی هوا ( Adjucent makeup ) و جریان هوای خروجی ، از میان نیمی از مبدل های حرارتی عبور می نماید که دو جریان هوا در دو جهت مخالف جریان می یابند .

انرژی همان طور که ماده واسطه در معرض گاز قرار می گیرند ، از یک جریان هوا به دیگری منتقل می شود . گرمای محسوس همراه با حرکت ( pick up ) ماده واسطه منتقل شده  و گرمای ذخیره شده   ( stares heat ) را به درون جریان گاز سرد همراه با گردش چرخ رها می سازد .

اگر ماده واسطه برای انتقال گرمای نهان مناسب باشد ، گرمای نهان همراه با میعان رطوبت موجود در ماده واسطه از جریان گاز سرد ، هم زمان با افزایش نسبی رطوبت موجود د رماده واسطه منتقل می شود.

رطوبت ( در قسمت گاز داغ خروجی ) در حین تبخیر شدن به جریان هوای گاز با رطوبت نسبی کمتر رها سازی می شود .

آلودگی های هوا ( Air Contaminants ) ، دمای نقطه ی شبنم و دمای گاز خروجی و ویژگی های هوای در حال گرم شدن مناسب ترین نوع ماده واسطه را تعیین می نماید .

ماده واسطه برای انتقال گرمای محسوس آلومینیم ، مس ، فولاد ضد زنگ و (Monel ) می باشد .

ماده واسطه برای انتقال گرمای نهایی ( total ) می تواند هر ماده ای را که به عنوان جاذب رفتار می نماید ، مانند کلراید لیتیم و آلومینا ، شامل شود .

نرخ دریافت انرژی تابعی از سرعت چرخ است .

جهت دریافت و خرید متن کامل مقاله و تحقیق و پایان نامه مربوطه بر روی گزینه خرید انتهای هر تحقیق و پروژه کلیک نمائید و پس از وارد نمودن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت های عضو شتاب قادر به پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت آنلاین به صورت خودکار  لینک دنلود مقاله و پایان نامه مربوطه فعال گردیده که قادر به دنلود فایل کامل آن می باشد .