Термический анализ кожухотрубного теплообменника

Теплообменники используются  как в самых маленьких электронных устройствах так и в космических челноках. Они передает тепло из одной среды в другую посредством прямого или косвенного контакта. Был разработан и изготовлен спиральный теплообменник с углом спирали 30 ° с использованием программного обеспечения CREO.

В настоящее время медь заменяется углеродистой сталью в промышленности. В настоящее время цель состоит в том, чтобы использовать программное обеспечение ANSYS CFX 15.0 для определения возможности замены меди двумя различными материалами внутренней трубы, такими как графит POCO HTC и углеродистая сталь ASTM SA 179, которая также обладает значительными теплообменными характеристиками и хорошей коррозионной стойкостью, чем медь. Ламинарный поток горячей жидкости является источником тепла. Также наблюдается увеличение скорости теплопередачи с увеличением массового расхода.

Единственной целью теплообменников является усиление теплообмена между двумя жидкостями (Возможно ли использование дефлегматоров для дистилляции? Для этих целей в Интернете предлагают купить дефлегматор). Это снижает энергопотребление и помогает сделать процесс более эффективным. В отличие от обычных теплообменников с прямыми спиралями, наш спиральный теплообменник с углом спирали 30 градусов показал, что теплопередача в спиральных круглых трубах выше по сравнению с прямыми трубами из-за их формы. Спиральные катушки имеют преимущество перед прямыми трубами благодаря их компактности и повышенному коэффициенту теплопередачи. Повышенные коэффициенты теплопередачи являются следствием искривления катушки, которое заставляет центробежные силы воздействовать на движущуюся жидкость, что приводит к развитию вторичного потока. Спиральные катушки широко используются в качестве теплообменников и реакторов благодаря более высоким коэффициентам тепломассопереноса, узкому распределению времени пребывания и компактной структуре.

Выбираются два материала, которые имеют совершенно разные характеристики, но имеют сходство с хорошей теплопроводностью. Углеродистая сталь POCO HTC Graphite и ASTM SA 179 сравниваются на основе анализа теплопроводности. В настоящее время медь заменяется углеродистыми сталями в промышленности.

Subin Michael изучает изменения температурных профилей в каждом из случаев, которые учитываются при расчете эффективности теплообменника. Лучшее понимание оптимального выбора материала для жизненно важных частей теплообменника получено из сравнительного анализа CFD с использованием различных промышленных материалов

W. Youssef, Y.T. Ge обнаружил, что использование материалов с фазовым переходом (PCM) для применения скрытого накопления тепла (LHS) имеет большой потенциал для улучшения производительности солнечной тепловой системы. Он также заявил, что усиление теплообмена является одной из важнейших стратегий, которые могут преодолеть это препятствие.

Ammar Ali Abd пояснил тепловую и механическую конструкцию этого теплообменника. Здесь происходит модернизация, чтобы улучшить конструкцию путем повторного выбора различных параметров, которые могут улучшить теплообмен через теплообменник. Новая конструкция предполагает, что необходимо использовать четыре прохода для труб с длиной трубы 1,38 м. Кроме того, трубчатое устройство выбрано квадратного типа с диаметром корпуса 0,9 м.

Наконец, заявлено, что с этими параметрами теплообменник достигает достаточно высокого коэффициента теплопередачи и падения давления в пределах спецификации.

Vijaya kumar reddy наблюдал из своих экспериментов, как скорость потока во внутренней трубе увеличилась с 400 до 600 л / с при постоянной скорости потока во внешней трубе 700LPH, LMTD увеличился на 1,33%. По мере того, как скорость потока во внешней трубе увеличивается с постоянной скоростью потока во внутренней трубе, LMTD уменьшается. При увеличении скорости потока или числа Рейнольдса с 4E03 до 5.62E03 коэффициент трения уменьшился на 0,24%. Это связано с турбулентностью, возникающей в катушке из-за полукруглых перегородок. При увеличении скорости потока или числа Рейнольдса с 4000 до 5500 общий коэффициент теплопередачи увеличивается, что можно наблюдать, когда преобладает конвекция. Добавление полукруглых пластин (перегородок) в область кольца увеличило турбулентность в этой области, что усиливает теплообмен между холодной и горячей сторонами.

M.H.Saber предположил, что короткие перегородки могут использоваться в верхних и нижних секциях HPHE, чтобы избежать обходных потоков. Поперечная зона входа влияет на распределение потока и температуру. Согласно результатам, хотя увеличение поперечной площади входа помогает улучшить распределение, но его масштаб может увеличить падение давления и эксплуатационные расходы. Использование перегородок — очень эффективная роль для правильной разработки профилей потока и температуры. Результаты показывают, что использование несовершенного конуса с соотношением диаметров 1/5 может очень хорошо оптимизировать производительность HPHE.

Zhan Liu Полное использование и эффективное управление холодопроизводительностью имеют большое значение для повышения производительности теплообменника в термодинамической вентиляционной системе (TVS). Чтобы легко понять принцип работы TVS, подробно представлен термодинамический анализ, основанный на уравнении состояния идеального газа и уравнении сохранения энергии. Некоторые ключевые параметры работы оптимизированы и предложены. Поскольку низкий массовый расход и низкие тепловые потоки участвуют в кипении потока жидкости в кольцевой трубе, корреляция теплопередачи при кипении Kandlikar выбирается для прогнозирования процесса кипения потока, после проверки соответствующими экспериментальными результатами. В заключении исследования указывается, что с увеличением mcir общая холодопроизводительность увеличивается, а время работы TVS уменьшается. Для настоящего исследования правильный диапазон массового расхода циркуляции составляет 8–16 л / мин. Когда mcir остается постоянным, увеличение g увеличивает общую холодопроизводительность и снижает температуру потока распыления

Soumya Ranjan Mohanty численное исследование характеристик теплопередачи спирально-спирального двухтрубного теплообменника для параллельного потока, и результаты затем сравнивались с результатами противотока. Результаты CFD сравниваются с экспериментальными результатами различных исследований и находятся в пределах погрешности. Исследование показало, что нет большой разницы в характеристиках теплопередачи конфигурации параллельного потока и конфигурации противотока. Число Нуссельта в разных точках по длине трубы определяли по численным данным. Моделирование проводилось для характеристик теплообмена воды с водой и изучались различные температуры на входе. Из графика вектора скорости было обнаружено, что частицы жидкости колеблются внутри обеих труб.

Заключение.

Из ANSYS CFX вытекает, что изучение характеристик теплопередачи спирально-спирального теплообменника с параллельным потоком показало, что когда результаты CFX по сравнению с экспериментальными результатами были в пределах погрешности. Доказано, что POCO HTC проводит тепло лучше, чем обычная углеродистая сталь, и другие свойства довольно заметно похожи, так что он может заменить существующие медные трубы в промышленности. Обладает высокой коррозионной стойкостью, чем медь и углеродистая сталь. Моделирование проводилось для характеристик теплообмена воды с водой и изучались различные температуры на входе. Характеристики теплопередачи были также изучены для постоянной температуры с различными массовыми расходами, и было указано, что с увеличением массового расхода характеристики теплопередачи также увеличиваются.

Использованные источники

1. Comparative CFD Analysis of Shell and Serpentine Tube Heat Exchanger by Subin Michael , International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET),e-ISSN: 2395 -0056 ,Volume: 04 Issue: 02, Feb -2017.

2. CFD modelling development and experimental validation of a phase change material (PCM) heat exchanger with spiral-wired tubes by W. Youssef, Y.T , Elsevier,2018.

3. Analysis study of shell and tube heat exchanger for clough company with reselect diffrent parameters to improve the design by Ammar Ali Abd,Case Studies in Thermal Engineering, ELSEVIER.

4. CFD of helical coil tube in tube heat exchanger by Vijaya Kumara Reddy, ICMPC 2016.

5. Simulation and CFD Analysis of heat pipe heat exchanger using Fluent to increase of the thermal efficiency by M. H. SABER, H. MAZAHER ASHTIANI.

6. Thermal analysis of double-pipe heat exchanger in thermodynamic vent system by Zhan Liu , Energy Conservation Management ,ELSEVIER.Forced Convective Heat Transfer of Aqueous Al2O3 Nanofluid Through Shell and Tube Heat Exchanger by A. K. M. Mahmudul Haque.

7. ShellsideCFDanalysisofasmallshell-and- tubeheatexchanger by Ender Ozden, ELSEVIER , Energy conversion and management-2010.


THERMAL ANALYSIS OF SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGER

Mr. M.D.Rajkamal, M. Mani Bharathi,
Shams Hari Prasad M, Santhosh Sivan.M,
Karthikeyan.S, H.Bahruteen Ali Ahamadu,
S.KALIAPPAN,  Dr.T.Mothilal