اصول طراحی مبدلهای حرارتی‎

مبدل فرایند انتقال حرارت بین دو سیال با دماهای متفاوت است که توسط دیواره ی جامدی از هم جدا شده اند . در بسیاری از کاربردهای مهندسی روی می دهد که از مبدل های حرارتی برای این تبادل حرارت استفاده میکنند. مبدل های حرارتی به منظور خنک کردن سیال گرم و یا گرم کردن سیال با دمای پایینتر و یا هر دو مورد استفاده قرار میگیرند و تقریباً پرکاربردترین عضو در فرآیندهای شیمیایی اند و میتوان آن ها را در بیشتر واحدهای صنعتی ملاحظه کرد. در این مقاله انواع مبدل های حرارتی وکاربرد آن ها ذکر گردیده است و در ادامه به اصول طراحی مبدلهای حرارتی و برآورد هزینه و حالت بهینه پرداخته شده است.

واژگان کلیدی:  مبدل حرارتی، انواع مبدل حرارتی، اصول طراحی مبدل حرارتی، آرایش مبدل حرارتی

۱- مقدمه

مبدل حرارتی تجهیزی است که برای انتقال حرارت بهینه از یک محیط به محیط دیگر به کار میرود. مبدل فرایند انتقال حرارت بین دو سیال با دماهای متفاوت است که توسط دیواره ی جامدی از هم جدا شده اند. در بسیاری از کاربردهای مهندسی روی میدهد که از مبدلهای حرارتی برای این تبادل حرارت استفاده میکنند. آنها وسایلی هستند که امکان انتقال انرژی گرمایی بین دو یا چند سیال در دماهای مختلف را فراهم میکنند. این عملیات می تواند بین مایع - مایع ، گاز-گاز و یا گاز- مایع انجام شود. مبدلهای حرارتی به منظور خنک کردن سیال گرم و یا گرم کردن سیال با دمای پایینتر و یا هر دو مورد استفاده قرار میگیرند و تقریباً پرکاربردترین عضو در فرآیندهای شیمیایی اند و میتوان آن ها را در بیشتر واحدهای صنعتی ملاحظه کرد.

     مطلب پیشنهادی (مواد تغییر فاز دهنده):

     تحلیل و طراحی سیستم گرمایشی ساختمان مسکونی با استفاده از ذخیره کننده های حرارتی PCM

۲- دسته بندی انواع مبدل های حرارتی

۱-۲ مقدمه 

انتخاب درست مبدل حرارتی نیازمند داشتن دانشی از انواع مبدل های حرارتی و نیز محیطی است که واحد باید در آن کار کند. معمولا در صنعت از چند نوع مختلف مبدل حرارتی برای یک فرآیند یا سیستم خاص استفاده می شود. به عنوان مثال برای خنک کاری روغن ممکن است از مبدل حرارتی پوسته و لوله و یا از مبدل حرارتی پلیتی استفاده کرد. با دانش کافی از انواع مبدل های حرارتی و محیط های کاری، می توان انتخاب مناسبی داشت و فرآیند را بهینه کرد. مبدل های حرارتی را می توان بر اساس معیارهای مختلفی دسته بندی کرد که ذیلا شرح داده شده است.

۲-۲ بر اساس نوع و سطح تماس سیال سرد و گرم

۱-۲-۲ مبدل های حرارتی نوع ریکوپراتور

در این مبدل سیال سرد و گرم توسط یک سطح جامد ثابت از یکدیگر جدا شده اند و انتقال از طریق سطح مذکور صورت می گیرد. اکثر مبدل های موجود در صنعت از این دسته هستند.

۲-۲-۲ مبدل های حرارتی نوع ریژنراتور

در این مبدل ، سطح جدا کننده سیال سرد و گرم ثابت نبوده و به طور متناوب قسمت هایی از سطح مذکور در معرض حرکت سیال سرد یا گرم قرار می گیرند. این نوع مبدل ها بیشتر در مقیاس های آزمایشگاهی و تحقیقاتی مورد استفاده قرار می گیرند.

۳-۲-۲ مبدل های حرارتی نوع تماس مستقیم

در این نوع مبدلهای حرارتی ، سیال سرد و گرم به طور مستقیم تماس حاصل نموده ( هیچ دیواره ای بین جریانهای سرد و گرم وجود ندارد ) و تبادل انرژی یا حرارت انجام میگیرد. در مبدلهای تماس مستقیم ، جریانها ، دو مایع غیر قابل اختلاط و یا یک گاز و یک مایع هستند. این مبدلها معمولا از راندمان حرارتی بالایی برخوردارند. نمونهای از این مبدلها ، برج های خنک کن ، کولرهای آبی و گرمکن های موجود در نیروگاه های بخار میباشند .

۴-۲-۲ مبدل های حرارتی نوع تماس غیر مستقیم

انتقال حرارت بین جریان ها معمولا به صورت غیر مستقیم ۱ انجام می شود، جریان ها به وسیله یک ماده جامد همانند دیواره فلزی لوله، صفحه ها یا ممبران های ۲ پلاستیکی از هم جدا م یشوند و حرارت از سیال اول از میان ماده جامد به سیال دوم می رود. نتیجه انتقال حرارت اغلب شامل افزایش موضعی در دمای سیال سرد و کاهش دمای سیال گرم و گاهی شامل تغییر فاز یک یا هر دو سیال می شود.

۳-۲ بر اساس جهت جریان سیال سرد و گرم

بر این اساس مبدل های حرارتی به سه دسته اصلی تقسیم می شوند :

الف- مبدل های حرارتی از نوع جریان همسو

ب- مبدل های حرارتی از نوع جریان غیر همسو

ج -مبدل های حرارتی از نوع جریان عمود بر هم

۴-۲ بر اساس مکانیزم انتقال حرارت بین سیال سرد و گرم

مبدل های حرارتی بر طبق مکانیزم انتقال گرما ، می توانند به صورت زیر دسته بندی شوند :

۱- جابجایی یک فاز در هر دو سمت

۲- جابجایی یک فاز در یک سمت ، جابجایی دو فاز در سمت دیگر

۳- جابجایی دو فاز در هر دو سمت

۵-۲ بر اساس ساختمان مکانیکی و ساختار مبدل ها 

۱-۵-۲ مبدل های لوله ای

مبدل های حرارتی لوله ای می توانند به صورت زیر دسته بندی شوند :

الف- دو لوله ای 

پوسته و لوله 

لوله ای حلزونی

دانلود متن کامل

تهیه و گردآوری: مهران نصرت الهی، سمیه دولتی، صابره نعمتی تحسین

تحلیل و طراحی سیستم گرمایشی ساختمان مسکونی با استفاده از ذخیره کننده های حرارتی PCM

 "پایان نامه مهندسی مکانیک مقطع کارشناسی ارشد - گرایش تبدیل انرژی" تحلیل و طراحی سیستم گرمایشی ساختمان مسکونی با استفاده از ذخیره­ کننده ­های حرارتی PCM   تهیه شده بصورت کاملا انحصاری توسط ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 449000 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: پایان نامه

مکانیک شکست (Fracture Mechanics)

مقدمه : یکی از عمده ‌ترین مسائلی که انسان از زمان ساختن ساده‌ترین ابزارها با آن مواجه بوده است پدیده شکست در اجسام می‌باشد و درواقع برای استفاده از مواد ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 99500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: پایان نامه

مفهوم اگزرژی (Exergy)، کاربردهای اگزرژی در تحلیل سیستم، یک نمونه تحلیل اگزرژی

مفهوم اگزرژی و کاربرد‌های اگزرژی در تحلیل سیستم: زمانی که قانون اول ترمودینامیک به عنوان اصل بقای انرژی بیان می شود، با کمیت اشکال مختلف انرژی سروکار داریم. از دیدگاه ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 99500 تومان

 مشخصات کلی: 

صفحات متن ترجمه: 16

گروه: پایان نامه

Stable And Metastable State

مقدمه: گیبس در مقاله خود در سال 1873 به نام "روشی در توصیف هندسی خواص ترمودینامیکی مواد در سطوح" خلاصه ‌ای ابتدایی از قوانین معادله‌ی جدیدش را معرفی می‌کند که ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 89500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: پایان نامه

مطالعه عددی ذوب کردن در داخل حلقه‌های افقی متحد المرکز و خارج از مرکز

چکیده: این مقاله، به بررسی عددی روی ذوب مواد تغییرفازدهنده با استفاده از N-eicosane  در داخل یک سیلندر استوانه‌ای می‌پردازد. شبیه سازی عددی برای ذوب مواد تغییرفازدهنده  بین دو استوانه در حالت‌های متحدالمرکز و خارج از مرکز با استفاده از نرم‌افزار فلوئنت که دمای اولیه‌ی آن C˚۱ است. استوانه‌ی داخلی، لوله‌ای با دیواره‌های داغ درنظر گرفته می‌شود در حالی‌که لوله‌ی ... [ ادامه مطلب ]

انرژی خورشیدی و کاربرد های آن در گرمایش،سرمایش و ذخیره سازی انرژی (فصل اول: انرژی خورشیدی)

خورشید منبع عظیم انرژی بلکه سرآغاز حیات و منشاء تمام انرژیهای دیگر است. در حدود ۶۰۰۰ میلیون سال از تولد این گوی آتشین می‌گذرد و در هر ثانیه ۲/۴ میلیون تن از جرم خورشید به انرژی تبدیل می‌شود. با توجه به وزن خورشید که حدود ۳۳۳ هزار برابر وزن زمین است. این کره نورانی را می‌توان به‌عنوان منبع عظیم انرژی ... [ ادامه مطلب ]

شبیه سازی عددی عملکرد حرارتی سیستم گرمایش از کف با مواد تغییر فاز محصور (PCM)

چکیده در مقاله حاضر، یک نوع از مواد تغییر فاز محصور گرمایش از کف آب گرم دما پایین و همچنین سیستم تابشی خورشیدی مورد بررسی یک ساختار ،PCM  قرار گرفته است . برای به دست آوردن بهترین عملکرد خواص جدید گرمایش ی طراحی گردیده که در آن لوله های انتقال حرارت در یک لایه محصور مواد تغییر فاز بدون بتن ریزی ... [ ادامه مطلب ]

دینامیک سیالات محاسباتی‎

فصل اول (معرفی CFD): برای حل جریان حول یک هندسه دلخواه از این روش ها استفاده می شود: روش تجربی، روش تحلیلی، روش عددی یا CFD هر یک از این روش ها کاربرد خاص خود را دارد و از مزایا و معایب خود برخوردار است.در روش تجربی از آزمایشگاه و تونل باد گرفته تا تست های واقعی پرواز استفاده می شود ... [ ادامه مطلب ]

اثبات ریاضی روابط پتانسیل شیمیایی

... [ ادامه مطلب ]

بررسی عددی اثر نرخ کرنش بر پیش بینی آسیب به کمک معیارحدشکل‌دهی دینامیکی در فرآیند شکل‌دهی ورق‌های فلزی با سرعت بالا

... [ ادامه مطلب ]

دستورالعمل طراحی و محاسبه سیستم روشنایی

 مجموعه دستورالعمل های ارائه شده در دیتاسرا شامل ضوابط و مراحل تحلیل و طراحی سازه های گوناگون صنعتی و بر اساس الزامات مندرج در آیین نامه های معتبر داخلی و ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 119500 تومان

 مشخصات کلی: 

صفحات متن اصلی: 30

گروه: دستورالعمل طراحی

فایل اکسل طراحی مخزن فلزی هوایی بر اساس آیین نامه AISC با در نظر گرفتن نیروی باد و زلرله

 فایل پیش رو اکسل طراحی مخزن فلزی هوایی می باشد که بر اساس آیین نامه AISC و با در نظر گرفتن نیروی باد و زلرله محاسبات را انجام داده و ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 79500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: دستورالعمل طراحی

فایل اکسل تحلیل اتصال برشی دارای خروج از مرکزیت برای گروه پیچ

 این برنامه ظرفیت برشی اتصال پیچ و مهره ای دارای خروج از مرکزیت برای گروه پیچ را محاسبه می کند، ابزاری مناسب برای طراحی صفحات gusset و اتصالات پیچ و ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 79500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: دستورالعمل طراحی

فایل اکسل طراحی روسازی آسفالتی بر مبنای آیین نامه آشتو و استفاده از آزمایش ظرفیت باربری کالیفرنیا

 فایل پیش رو اکسل طراحی روسازی آسفالتی بر مبنای آیین نامه آشتو می باشد که با استفاده از نتایج آزمایش ظرفیت باربری کالیفرنیا CBR اطلاعات ورودی را تحلیل و نتایج را ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 79500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: دستورالعمل طراحی

طراحی ابعاد و سازه شالوده های عمیق (شمع ها و پایه های عمیق) در خشکی

 مجموعه دستورالعمل های ارائه شده در دیتاسرا شامل ضوابط و مراحل تحلیل و طراحی سازه های گوناگون صنعتی و بر اساس الزامات مندرج در آیین نامه های معتبر داخلی و ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 119500 تومان

 مشخصات کلی: 

صفحات متن اصلی: 27

گروه: دستورالعمل طراحی

تحلیل غیرخطی و مدل سازی عددی تیر بتن مسلح تقویت شده با FRP توسط Finite Element Method

 "پایان نامه مهندسی عمران مقطع کارشناسی ارشد - گرایش سازه" تحلیل غیرخطی و مدل سازی عددی تیر بتن مسلح تقویت شده با FRP توسط Finite Element Method   مشخصات کلی: شامل فایلهای word و ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 129500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: دستورالعمل طراحی

بررسی پارامترهای هندسی مهاربند زانویی

 "پروژه دانشجویی مهندسی عمران" بررسی پارامترهای هندسی مهاربند زانویی   مشخصات کلی: شامل فایلهای word و pdf بالغ بر 146 صفحه (4 فصل) فهرست مطالب فصل اول 1-1- مقدمه 1-2- شکل پذیری سازه ها 1-3- مفصل و لنگر پلاستیک 1-4- منحنی ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 129500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: دستورالعمل طراحی

شناسایی و رتبه بندی دلایل انحراف از هزینه پیش بینی شده و ارائه راهکارهای کاهش آن: مطالعه موردی پروژه های "پتروشیمی الف"

  "پایان نامه مهندسی عمران مقطع کارشناسی ارشد - گرایش مهندسی و مدیریت ساخت"   شناسایی و رتبه بندی دلایل انحراف از هزینه پیش بینی شده و ارائه راهکارهای کاهش آن: مطالعه ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 259500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: دستورالعمل طراحی

فایل اکسل جامع طراحی دیوار حائل (با در نظر گرفتن نیروی زلزله)

فایل اکسل طراحی دیوار حائل (با در نظر گرفتن نیروی زلزله) دیوار حائل یا سازه نگهبان بنایی است که به منظور تحمل بارهای جانبی ناشی از خاکریز پشت دیوار، سازه مجاور، ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 119500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: دستورالعمل طراحی

2 فایل اکسل مجزا جهت طراحی فونداسیون تجهیزات افقی، قائم و پیت (Air Separation Units, Heat Exchangers, Drums, Pits...)

2 فایل اکسل مجزا جهت طراحی فونداسیونهای تجهیزات: Air Separation Units, Heat Exchangers, Horizontal & Vertical Drums, Pits پالایشگاه ها و مجتمعهای پتروشیمی مجموعه هایی متشکل از تجهیزات گوناگون صنعتی هستند؛ تجهیزاتی ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 99500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: دستورالعمل طراحی