مقدمه

در طبیعت و زندگی روزمره به طور معمول نیاز به سرد یا گرم کردن مواد وجود دارد . به عنوان مثال گرم کردن غذا  ، جوشاندن آب یا در تابستان برای خنک کردن هوا استفاده می شود . این گرمایش و سرمایش را در اصطلاح علمی انتقال حرارت می گویند . تعریف کلاسیک انتقال حرارت عبارت است از انتقال گرما از جسم گرم به جسم سرد­تر.به عبارتی حرارت از جسم با دمای بالاتر به جسم با دمای پایین­تر می­رسد. انتقال حرارت به سه صورت:هدایت ،جابجایی یا تشعشعی است.انتقال حرارت هدایتی توسط یون­ها یا اتم­ها صورت می گیرد .

انتقال حرارت جابجایی فقط در سیالات صورت می گیرد و هنگامی که وسیله ای عمل جابجایی را تسهیل می­بخشد مانند فن ،پنکه و … آن را جابجایی اجباری می نامند . انتقال حررات تشعشعی زمانی رخ می دهد که دمای یکی از سطوح خیلی بالا باشد به طور.معمول این مکانیزم در دمای بالای ۱۰۰۰ درجه سلسیوس رخ می­دهد. در یک کارخانه شیمیایی برای انجام واکنش ها یا سرد کردن و گرم کردن مواد فرایندی نیاز به استفاده از یک ماده واسطه است که وظیفه آن انتقال حرارت و رساندن شرایط مواد فرایندی به دمای مطلوب است.به همین منظور از مبدل استفاده می­شود.

فصل اول ، مقدمه

۱-۱-مقدمه……. ۲

۲-۱- منابع حرارتی.. ۵

۳-۱- کاربرد مبدلهای حرارتی.. ۶

فصل دوم ، اجزای مبدل

۱-۲- پوسته….. ۸

۲-۲- TUBE BUNDEL   ۸

۳-۲- TUBE     ۹

۴-۲- TUBE SHEELT  ۱۰

۱-۴-۲- TUBE SHEELT. 10

۲-۴-۲- TUBE SHEELT /   TUBE SHEELT LAYOUT. 11

۵-۲- BAFFLE   ۱۲

۱-۵-۲- بفل عرضی.. ۱۲

۲-۵-۲- بفل طولی.. ۱۳

۳-۵-۲- SUPPORT TYPE.. 14

۴-۵-۲- IMPINGEMENT BAFFLE.. 14

۵-۵-۲-Baffle spacing  ۱۵

۶-۲- TIE ROD&SPACER   ۱۵

۷-۲- EXPANSION JOINT  ۱۶

۸-۲- فین و نقش آن در مبدل.. ۱۶

۹-۲- تعداد گذر در مبدل.. ۱۷

فصل سوم ، انواع مبدل

۱-۳- از نظر شرایط تماس… ۲۰

۲-۳-  از نظر جهت جریان.. ۲۱

۱-۲-۳- جریان هم جهت (co-current) 21

۲-۲-۳- جریان مخالف (counter current ) 22

۳-۲-۳- جریان عمود(cross current) 23

۳-۳-    انواع مبدلهای حرارتی بر اساس نوع ساختمان و نحوه عملکرد. ۲۴

۱-۳-۳- مبدل های حرارتی لوله ای ۲۴

۲-۳-۳- مبدل های حرارتی صفحه ای ۳۳

۴-۳-   انواع خاص… ۳۴

۱-۴-۳-   Bayonet 34

۲-۴-۳-  Double tube sheet 35

۳-۴-۳-  Double Bundle. 35

۵-۳-   از نظر استاندارد TEMA.. 36

۱-۵-۳- stationary head. 36

۲-۵-۳-  Sell 37

۳-۵-۳-  rear head. 37

فصل چهارم ، بعضی از خصوصیات مبدلهای حرارتی

۱-۴- مبدل BET  ۴۱

۲-۴-   AES     ۴۲

۳-۴-  BEP      ۴۳

۴-۴-  BEM          ۴۴

۵-۴-  BEU        ۴۵

۶-۴- AEW          ۴۶

۷-۴-  طراحی سفارشی.. ۴۷

۱-۷-۴- نوع اول.. ۴۷

۲-۷-۴- نوع دوم. ۴۸

فصل پنجم   ، كاربردهاي عملياتي مبدل

۱-۵- کندانسور  ۵۰

۲-۵- ریبویلر  ۵۱

۱-۲-۵- ریبویلرkettle. 51

۳-۵- کولر……………… ۵۳

۴-۵- هیتر …………… ۵۳

۶-۵- چیلر…………… ۵۴

فصل ششم   ، عیوب و مشکلات

۱-۶- رسوب گذاری.. ۵۷

۱-۱-۶- مكانيزم هاي رسوب گذاری.. ۵۷

۲-۱-۶- رشد رسوبها ۵۷

۲-۶- ارتعاش .. ۶۱

۳-۶- جریانهای نشتی.. ۶۱

۴-۶- نحوه انتخاب نوع مبدل.. ۶۳

فصل هفتم ، مبدلهای حرارتی فشرده

۱-۷- معرفی مبدلهای فشرده. ۶۶

۱-۱-۷- جنبه های کلی مبدل های حرارتی فشرده. ۶۶

۲-۱-۷- نمودارهای طراحی برای مبدل های صفحه ای و قالب : ۶۷

۳-۱-۷- استفاده از نمودارها ۷۰

۴-۱-۷- کاربردهای کاهش اندازه. ۷۰

۲-۷- طراحی مبدلهای حرارتی پیشرفته با کارائی ارتقاء یافته همراه با کد CFD.. 72

۳-۷- تحلیل عددی ضریب انتقال حرارت جابه جایی اجباری در ناحیه ورودی یک کانال دو بعدی فین گذاری شده برای انتخاب یک مبدل حرارتی مناسب… ۷۵

۱-۳-۷- فرضيات.. ۷۶

۲-۳-۷- معادلات و روابط حاكم.. ۷۶

۳-۳-۷- روش حل عددي.. ۷۷

۴-۳-۷- مشخصات هندسي.. ۷۸

۴-۷-  نتيجه گيري.. ۷۹

فصل هشتم   ، میکرو مبدلهای حرارتی

۱-۸- طرح و مشخصات کلی.. ۸۶

۲-۸- میکرو مبدلهای حرارتی دارای جتهای برخوردی MEMS. 89

فصل نهم HEAT TRANSFER ENHANCEMENT ، معرفي تكنولوژي بهبود انتقال حرارت در مبدل‌هاي پوسته- لوله‌اي

۱-۹- معرفي تكنولوژي HTE.. 94

۲-۹- اصول و مباني تكنولوژي HTE.. 94

۳-۹- موارد به‌كارگيري تكنيك HTE.. 95

۴-۹- اقدامات انجام شده در پژوهشگاه صنعت نفت… ۹۶

فصل دهم ، نرم افزارهای شبیه سازی مبدلهای حرارتی

۱-۱۰- شبیه سازی و طراحی مبدلهای حرارتی (HTFS) 99

۱-۱-۱۰- TAS. 99

۲-۱-۱۰- FIHR.. 100

۳-۱-۱۰- MUSE.. 100

۴-۱-۱۰-PIPE.. 100

۵-۱-۱۰-TICP. 100

۶-۱-۱۰-ACOL.. 100

۷-۱-۱۰-FRAN.. 101

۲-۱۰- نرم افزار  Aspen b-jack. 101

۳-۱۰- کاربرد نرم افزار Fluent در طراحی مبدلها ۱۰۵

۴-۱۰- جمع بندی مطالب تحقیق.. ۱۰۶

منابع و ماخذ     ۱۰۹

پیوست            ۱۱۱

آناليز مبدل هاي حرارتي پوسته – ميله در نرم افزار Flow simulatin. 111

فهرست شکل ها  و جدول ها

,شکل (۱-۱) مبدل حرارتی.. ۲

شکل (۲-۱) نمایی از بک مبدل حرارتی.. ۳

شکل (۳-۱) روشها ی گرمایش…. ۴

شکل (۴-۱) سیالات گرمایشی.. ۴

شکل (۶-۱) مبدل حرارتی.. ۵

شکل (۵-۱) انتقال حرارت در مبدل.. ۶

شکل (۱-۲) پوسته. ۸

شکل (۲-۲) TUBE BUNDEL   ۹

شکل (۳-۲) TUBE   ۱۰

شکل (۴-۲) آرایش تیوبها ۱۱

شکل (۵-۲) نمایی از بفل ها ۱۳

شکل (۶-۲) نمایی از بفل طولی.. ۱۳

شکل (۷-۲) SUPPORT TYPE   ۱۴

شکل (۸-۲) IMPINGEMENT BAFFLE   ۱۴

شکل (۹-۲) Baffle spacing  ۱۵

شکل (۱۰-۲) TIE ROD&SPACER.. 15

شکل (۱۱-۲) TIE ROD&SPACER.. 16

شکل (۱۲-۲) EXPANSION JOINT. 16

شکل (۱۳-۲) فین.. ۱۷

شکل (۱-۳) مبدل ها از نظر شرایط تماس… ۲۰

شکل (۲-۳) مقایسه h تماس مستقیم و غیر مستقیم.. ۲۰

شکل (۳-۳) شکل های مختلف جریان.. ۲۱

شکل (۴-۳) مبدل  جریان هم جهت… ۲۲

شکل (۵-۳) مبدل  جریان مخالف… ۲۳

شکل (۶-۳) مبدل  جریان عمود. ۲۳

شکل (۷-۳) نمایی از یک مبدل حرارتی تک لوله ای.. ۲۴

شکل (۸-۳) نمایی از یک مبدل حرارتی دو لوله ای.. ۲۴

شکل (۹-۳) مبدل حرارتی دو لوله ای.. ۲۵

شکل (۱۰-۳) مبدل حرارتی لوله مارپیچ.. ۲۶

شکل (۱۱-۳) مبدل پوسته و لوله. ۲۷

شکل (۱۲-۳) مبدل پوسته و لوله. ۲۷

شکل (۱۳-۳) مبدل پوسته و لوله. ۲۸

شکل (۱۴-۳) مبدل پوسته و لوله. ۲۸

شکل (۱۵-۳) مبدل حرارتی U  شکل.. ۳۱

شکل (۱۶-۳) مبدل حرارتی صفحه ای.. ۳۳

شکل (۱۷-۳) plate heat exchanger سيستم احياء گليکول.. ۳۴

شکل (۱۸-۳) Bayonet 35

شکل (۱۹-۳) Double tube sheet 35

شکل (۲۰-۳) Double Bundle. 36

شکل (۲۱-۳) TEMA type designation. 39

شکل (۱-۴) مبدل BET. 41

شکل (۲-۴) مبدل AES. 42

شکل (۳-۴) مبدل BEP. 43

شکل (۴-۴) مبدل BEM… 44

شکل (۵-۴) مبدل BEU.. 45

شکل (۶-۴) مبدل AEW… 46

شکل (۶-۴) طراحی سفارشی نوع اول.. ۴۷

شکل (۷-۴) طراحی سفارشی نوع دوم. ۴۸

شکل (۱-۵) کندانسور. ۵۰

شکل (۲-۵) ریبویلر. ۵۱

شکل (۳-۵) ریبویلرkettle. 52

شکل (۴-۵) ریبویلر. ۵۲

شکل (۵-۵) کولر. ۵۳

شکل (۶-۵) هیتر. ۵۴

شکل (۷-۵) چیلر. ۵۵

شکل (۱-۶) مکانیزم رسوبات.. ۵۷

شکل (۲-۶) نمودارها رشد رسوبها ۵۸

شکل (۳-۶) نمایی از رسوب گرفتگی در مبدل ها ۵۹

شکل (۴-۶) نمایی از رسوب گرفتگی درداخل لوله. ۶۰

شکل (۵-۶) ارتعاش در مبدل.. ۶۱

شکل (۶-۶) نشتی در مبد لها ۶۲

جدول (۱-۶) مزایا و محدودیت ها ۶۳

شکل (۱-۷) مبدل حرارتی فشرده. ۶۶

شکل (۲-۷) نمودار طراحی مبدل های فشرده شماره ۱٫ ۶۸

شکل (۳-۷) نمودار طراحی مبدل های فشرده شماره ۲٫ ۶۸

شکل (۴-۷) نمودار طراحی مبدل های فشرده شماره ۳٫ ۶۸

شکل (۵-۷) نمودار طراحی مبدل های فشرده شماره ۴٫ ۶۹

شکل (۶-۷) نمودار طراحی مبدل های فشرده شماره ۵٫ ۶۹

شکل (۷-۷) نمودار طراحی مبدل های فشرده شماره ۶٫ ۶۹

شکل (۸-۷) یک مبدل صفحه ای و قالب… ۷۱

شکل (۹-۷) مبدلهای حرارتی پوسته و لوله مجزا ۷۲

شکل (۱۰-۷) یک کانال ساده. ۷۳

شکل (۱۱-۷) هندسه مورد استفاده در مطالعه کد CFD.. 73

جدول (۱-۷) نتایج استفاده در مطالعه کد CFD.. 74

شکل (۱۲-۷) چند نمونه از فین گذاریها و مشخصات ابعادی آنها ۷۸

جدول (۱-۷) تغییر S/L  همراه با تغییر تعداد فین ها ۷۸

شکل (۱۳-۷) تاثیر تغییر ارتفاع فین ها روی جریان سیال عبوری.. ۷۹

شکل (۱۴-۷) نمودار های توزیع ضریب انتقال حرارت جابجایی در ناحیه ورودی کانال شماره ۱٫ ۸۰

شکل (۱۵-۷) نمودار های توزیع ضریب انتقال حرارت جابجایی در ناحیه ورودی کانال شماره ۲٫ ۸۰

شکل (۱۶-۷) نمودار های توزیع ضریب انتقال حرارت جابجایی در ناحیه ورودی کانال شماره ۳٫ ۸۰

شکل (۱۷-۷) نمودار های توزیع ضریب انتقال حرارت جابجایی در ناحیه ورودی کانال شماره ۴٫ ۸۱

شکل (۱۸-۷) نمودار های توزیع ضریب انتقال حرارت جابجایی در ناحیه ورودی کانال شماره ۵٫ ۸۱

شکل (۱۹-۷) مقدار بهینه H/L  با در نظر گرفتن افت فشار در مقابل انتقال حرارت دلخواه. ۸۳

شکل (۲۰-۷) مقدار بهینه H/L  با در نظر گرفتن افت فشار در مقابل انتقال حرارت دلخواه. ۸۳

شکل (۲۱-۷) منحنی افت فشار بر حسب فاصله نسبی فین ها ۸۴

شکل (۲۲-۷) منحنی میزان انتقال حرارت بر حسب فاصله نسبی فین ها ۸۴

شکل (۱-۸) میکرو مبدل حرارتی.. ۸۶

شکل (۲-۸) یک میکرو مبدل.. ۸۶

جدول (۱-۸) مشخصات میکرو مبدل  cross flow devices micro heat exchanger 87

جدول (۲-۸) مشخصات كلي co/counter- current micro heat exchanger 88

شکل (۳-۸) یک قطعه حسگر گرمایی.. ۸۹

شکل (۴-۸) یک قطعه نازل مجزای MEMS. 89

شکل (۵-۸) مجموعه از میکرو مبدل.. ۹۰

شکل (۶-۸) نمودار دمای دوره خط سیر جت های اصابتی.. ۹۱

شکل (۷-۸) نمونه میکرو مبدل.. ۹۱

شکل (۸-۸) نمونه میکرو مبدل.. ۹۲

شکل (۹-۸) نمونه میکرو مبدل.. ۹۲