شبيه‌سازي عددي انتقال حرارت و افت فشار در مبدل حرارتي پوسته و لوله با دسته لوله بيضوي

Numerical Simulation of Heat Transfer and Pressure Drop inShell and Tube Heat Exchanger with Elliptic Tube Bundle

با استفاده از تكنيك ديناميك سيالات محاسباتي و به‌كمك نرم‌افزار فلوينت، مبدل حرارتي پوسته و لوله به‌همراه بافل قطاعي، شبيه‌سازي شده و با درنظرگرفتن چند سطح مقطع بيضي با سطوح جانبي معادل براي لوله‌ها مورد بررسي قرار گرفته است. به همين منظور، با استفاده از نرم‌افزار گمبيت (Gambit) هر مدل رسم شده و با استفاده از شبكه‌هاي سه‌بعدي و نامنظم كوپر و تتراهيدرال شبكه‌بندي شده است. عملكرد دو مبدل حرارتي پوسته و لوله، يكي با مجموعه لوله‌هاي بيضوي و ديگري با مجموعه لوله‌هاي دايره‌اي، از نظر ضريب انتقال حرارت و افت فشار مقايسه شده و صحت نتايج آن با روش تيوري بل و به‌كمك نرم‌افزار حل‌كننده معادلات مهندسي، مقايسه و ارزيابي گرديده است. تلاش اصلي در اين مرحله، يافتن بهترين شكل هندسي براي لوله‌هاي بيضوي كاربردي در مبدل‌هاي پوسته و لوله به‌عنوان ايده‌اي نو در ميان مبدل‌هاي حرارتي بوده است تا بتواند به‌عنوان هدفي كاربردي در آينده مورد بهره‌وري قرار گيرد. نتايج حاكي از افزايش انتقال حرارت به ميزان 9/59% و افزايش فشار بدون توجه به دبي سيال به ميزان 5/9% ميباشد؛ اين مقدار افزايش فشار در مقايسه با افزايش انتقال حرارت قابل چشم پوشي است.

Shell and tube heat exchanger, singular baffles have been stimulated by means of the computational fluid dynamic technique and Fluent software. Several elliptical cross sections for the tubes are examined. So each model drawn by using Gambit software. In stimulating, 3D meshes is used for irregular Couper and tetrahedral networks. Also the performance of each of two shell and tube exchanger is compared with, one of the optimized set of elliptical tubes, and the other with circular tubes according to heat transfer coefficient and pressure drop. The results accuracy is compared with Bell’s theory plus using an engineering equation solver software. The main objective at this stage is finding the best geometry for elliptical tubes used in the shell and tube exchangers as a new idea among the heat exchangers for future use. The results indicate the increase in the heat transfer rate to 59.9 percent, and the rise in pressure to 9.5 percent which is negligible in comparison with a boost in heat transfer.