شبيه سازي پديده هاي تبخير و ميعان در مبدل Plate-Fin فرايند LNG با استفاده از روش CFD و ارزيابي عملكرد نرم افزار Aspen muse

Simulation of Evaporation and Condensation Phenomena in the Plate-Fin Converter of the LNG Process Using the CFD Method and Assessing Aspen Muse Software Performance

در اين مقاله، پديده هاي انتقال و الگوي جريان پيچيده و دما جهت فرايند LNG در مبدل حرارتي Plate-Fin بررسي شده است. براي مدل سازي و شبيه سازي جريان سيال و انتقال حرارت، از نرم افزار ANSYS FLUENT استفاده شده است. براي شبيه سازي جريان دوفازي و چندجزئي، اين نرم افزار محدوديت هايي دارد كه البته با الصاق كدهاي كمكي اين نقص برطرف شده است. از مدل دوبعدي براي شبيه سازي پديده هاي انتقال در يك كانال از مبدل استفاده شده است. براي محاسبه نرخ ميعان و تبخير، غلظت هاي تعادلي از نرم افزار ترموديناميكي HYSYS استخراج گرديده و توسط UDF به نرم افزار CFD الصاق شده است. مقايسه نتايج حاصل از شبيه سازي CFD با نتايج نرم افزار Aspen Muse نشان داده كه ضريب انتقال حرارت دوفازي، كسر جرمي بخار و تركيب درصد اجزا با هم مطابقت دارند، در صورتي كه افت فشار محاسبه شده توسط نرم افزار Aspen Muse نسبت به CFD بيشتر است. با استفاده از مدل توسعه داده شده، اطلاعات زيادي در خصوص پديده هاي انتقال و الگوي جريان به دست آمد كه با استفاده از نرم افزارهاي موجود ممكن نيست.

In this paper complex fluid flow and transport phenomena in plate-fin heat exchanger for LNG process are investigated. Modeling and simulation of heat transfer and fluid flow has been done using ANSYS Fluent software. This software has limitation in simulation of multispecies biphasic flow; therefore, UDF.A 2D model was used for modeling aforementioned phenomena in one channel of heat exchanger. HYSYS software was used for calculation of species equilibrium concentration and it was linked to ANSYS using UDF. Results shows that vapor volume fraction, species composition and heat transfer coefficient for CFD and Aspen muse are in good agreement, but pressure drop is over predicted by Aspen Muse. Using the developed model, a good deal of information was obtained about transport phenomena and fluid flow in cryogenic heat exchangers, while other software packages could not provide that much information.