انتقال حرارت تک فاز در مبدل های حرارتی

انتقال حرارت تک فاز در مبدل های حرارتی در دو قسمت انتقال حرارت تك فازداخل لوله و انتقال حرارت تك فاز روي دسته لوله بیان شده است.

1 . انتقال حرارت تك فاز داخل لوله

براي جريان آرام در داخل لوله با شرط مرزي دما ثابت داريم:

Nud = 4.364

و با شرط مرزي فلاكس حرارتي ثابت از رابطه زير استفاده ميكنيم:

Nud = 3.66

براي جريان آشفته كاملاً توسعه يافته در لوله هاي صاف ديتيوس و بولتر رابطه زير را پيشنهاد كردند:

كه نماي n براي گرمايش سيال 0.4 و براي سرمايش 0.3 است. اين معادله براي جريان آشفته كاملاً توسعه يافته در لوله هاي صاف، براي سيالاتي با عدد پرانتل بين 0.6 تا 100 بين شرايط ديوار وسيال معتبر است.

براي محدوده رينولدز انتقالي در داخل لوله (رینولدز بین 2300 تا 10000) گنيلينسكي رابطه زير راپيشنهاد کرده است :

در انتقال گرماي آشفته، اثر شرايط مرزي گرماي قابل صرفنظر و روابط ارائه شده ميتوانند هم براي شرايط مرزي دماي ثابت ديواره و هم فشار ثابت استفاده شوند.

2 . انتقال حرارت تك فاز روي دسته لوله

هدف محاسبه ضريب انتقال حرارت سمت پوسته در جريان تك فاز در مبدل حرارتي پوسته و لوله (انتقال حرارت تک فاز در مبدل های حرارتی) ميباشد. ضرايب انتقال گرما هنگاميكه دسته لوله با ديوارك (بافل) استفاده ميشود، به علت اغتشاش جريان در طول محور لوله ها، نسبت به حالت دسته لوله بدون ديوارك، بزرگتر است. اگر ديواركي وجود نداشته باشد، جريان داخل پوسته، در امتداد طول مبدل ميباشد. در اين حالت ميتوانيم ضريب انتقال حرارت را بر مبناي قطر معادل De مانند يك مبدل دو لوله اي محاسبه كنيم و در واقع ميتوانيم از روابط انتقال حرارت داخل لوله ها استفاده كنيم.

در حالتي كه بافل داشته باشيم جريان از روي دسته لوله ها عبور ميكند.

كرن رابطه زير را براي محاسبه ضريب انتقال حرارت سمت پوسته پيشنهاد كرده است.

خواص در درماي متوسط سيال در پوسته محاسبه ميشوند. در رابطة بالا قطر معادل، De اساساً براي جريان در امتداد طول (به جاي امتداد عرضي) پوسته محاسبه ميشود. قطر معادل پوسته از رابطه زير محاسبه ميشود:

De = 4*(محيط تر شده) / ( مساحت جريان آزاد)

رابطه بالا براي جانمايي مربعي و مثلثي برقرار ميباشد.

نمايش گام مثلثي و مربعي :

بنابراين براي گام مربعي رابطه بالا به شكل زير درمي آيد:

در سمت پوسته، مساحت جريان آزادي وجود ندارد كه با آن بتوان سرعت جرمي سمت پوسته Gs را محاسبه كرد. به اين دليل ، مقادير Gs ميتوانند بر مبناي حداكثر سطح جريان فرضي كه فاصله بين لوله ها در رديفي واقع بر قطر پوسته تشكيل ميدهند تعريف گردند.

متغيرهاي كه بر سرعت اثر ميگذارند، قطر پوسته DS لقي بين لوله هاي مجاور Ctt .

اندازه گام PT و فاصله بافلها Lbb ميباشند عرض سطح جريان در رديف لوله هاي قرار گرفته در مركز پوسته Ctt ضرب در (Ds/Pt) ميباشد طول سطح جريان فاصله بين بافل ها در نظر گرفته ميشود. بنابراين مساحت سطح جريان متقاطع با دسته لوله در مركز پوسته عبارتست از:

از روابط بالا براي محاسبه ضريب انتقال حرارت در مبدل حرارتي چيلر جذبي استفاده شده است.

در واحد جاذب چيلر جذبي از آنجايي كه دو فرايند اتنقال حرارت و جرم به صورت همزمان بر روي لايه ريزش ليتيوم برومايد صورت ميگيرد، لذا تا حدي محاسبه عدد نوسلت فيلم ريزشي در اين حالت شكل است.

يك سري از معادلات ساده و قابل استفاده توسط يك محقق به نام وليت بوسليه آزمايشهاي دقيق استنتاج شده است كه چكيده آن عبارتست از:

معادله فوق بري لوله هاي 3/4 اينچ مورد استفاده قرار ميگيرد. معادله تصحيح شده براي تعيين عدد نوسلت فيلم ريزشي محلول براي ساير لوله ها عبارتند از:

از رابطه فوق ضخامت فيلم مايع لوله از رابطه زير بدست مي آيد.

مطالعه بیشتر ⇐ مبدل حرارتي پوسته و لوله