مبدلهای حرارتی دسته بندی و ساختمان آنها

موضوع : مبدلهای حرارتی دسته بندی و ساختمان آنها

توضیح : این فایل به صورت ورد و آماده چاپ می باشد

 مبدلهاي حرارتي  دسته بندي و ساختمان انها
1.    مبدلهاي  دو لوله اي 
2.    مبدلهاي  لوله مارپيچي
3.     مبدلهاي  لوله پوسته اي
1.    مبدلهاي  دو لوله اي
 كه به صورت U شكل ساخته مي شود يكي 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 ْ180 در يك  انتها به هم  متصل مي شوند مبدلهاي  حرارتي دولوله اي درمواقعي كه  سطح تبادل حرارت  مورد نياز كوچك باشد وبخصوص موقعي كه يكي  از دوسيال  گازمايع لزج ويا دبي آن كم باشد كاربرد دارند. اين مبدلها  براي مواردي كه سطح تبادل حرارت مورد نياز  از 50  متر مربع كوچكتر است مناسب  است .
مبدل حرارتي به منظور انتقال انرژي  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.
2.    مبدلهاي 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 آلياژهاي آن ، فولاد ضد زنگ و آلياژهاي 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 40  اتمسفرمناسب هستند .
3.    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 تعداد زيادي  لوله  تشكيل  شده است كه يك سيال  در  داخل وسيال  ديگر درخارج  آن جريان دارد . لوله ها اجزاي  اساسي ومهم  مبدلها  مي باشند ،وسطح  انتقال  حرارت  بين سيال جاري  در درون  لوله ها 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 متداول 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 (  ،  ،1، 1،  1)اينچ 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 معلوم 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 وتنشها جهت  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. روشهاي 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 :
1.هزينه هاي مربوط به سرمايه گذاري درطرح ، مواد،ساخت، آزمايش،حمل و نقل و نصب .
2.    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.
1.روش  استفاده از اختلاف دماي توسط  لگاريتمي
2. روش  راندمان وتعداد واحدهاي  انتقال
 فهرست مطالب
مبدلهاي حرارتي  دسته بندي و ساختمان انها    1
مبدلهاي  دو لوله اي    1
مبدلهاي لوله  مارپيچي    1
لوله هاي مبدل    2
اصول  كلي در طراحي مبدلهاي حرارتي    3
طراحي مبدلهاي حرارتي پوسته و لوله    6
نكات مهم در طراحي كندانسوز وبررسي بهينه سازي آن    8
اطلاعات طراحي براي استفاده كننده    9
شرايط فرايند در مبدل  حرارتي    10
دبي  جريان سيال    11
ضرايب رسوب    11
افت فشارمجاز    12
نوع مبدل و نگهداري :    12
ويژگي هاي سيال :    13
ملاحظات مهندس طراح مبدل حرارتي:    14
سطح  انتقال  حرارت :    17
تعداد لوله ها :    18
درجه حرارت  ديواره  لوله :    18
ضريب  انتقال  حرارتي  كلي :    19
ضريب  فيلم سيال  سمت لوله    21
محاسبات طراحیمحاسبات طراحي    23
محاسبه كليه پارامتر براي لوله    اينچ:    31
محاسبه ضريب انتقال  حرارت  كلي :    32
محاسبه كليه پارامتر براي لوله    اينچ:    34
محاسبه ضريب انتقال  حرارت  كلي :    35
محاسبه كليه پارامتر براي لوله    اينچ:    37
محاسبه ضريب انتقال  حرارت  كلي :    38
مشخصات  سيالها    40
مشخصات مبدل  با لوله 1 اينچ    40
مشخصات  سيالها    41
مشخصات مبدل  با لوله   اينچ    41
مشخصات  سيالها    42
مشخصات مبدل  با لوله   اينچ    42
مشخصات  سيالها    43
مشخصات مبدل  با لوله  1 اينچ    43