مطالعه عددی یک مبدل حرارتی پوسته و لوله استفاده شده در یک سیستم تولید همزمان برق و حرارت (CHP)

امروزه مبدل های حرارتی پوسته و لوله به دلیل کارآمدی در فشارهای بالا و نرخ بالای انتقال حرارت، رایج ترین نوع مبدل های حرارتی در صنعت از جمله صنایع شیمیایی و پالایشگاه های نفت و همچنین در کاربردهای کوچک تر نظیر دستگاه های تولید هم زمان برق و حرارت هستند. در این مقاله هندسه مبدل حرارتی مورد بررسی پس از طراحی و شبکه بندی در نرم افزار فلوئنت، به صورت عددی شبیه سازی شده است. میزان افت فشار و توزیع دما در مبدل بررسی و مورد تحلیل قرار گرفته است. این مبدل حرارتی شامل دو پوسته است که پوسته خارجی قطر 147 میلیمتر و طول 540 میلیمتر دارد. پوسته داخلی آن نیز دارای قطر، ضخامت و طول به ترتیب 117، 1/5 و 518 میلیمتر می باشد. این مبدل شامل 27 لوله با قطر داخلی 11 میلیمتر، ضخامت 0/75 میلیمتر و طول 520 میلیمتر است. تعداد بافل ها 4 و 5 عدد انتخاب شده است. در شبیه سازی، تاثیر تغییر تعداد بافل در انتقال حرارت بین دو سیال و افت فشار آن بررسی شده است. افزایش تعداد بافل به دلیل افزایش میزان آشفتگی جریان باعث افزایش چشمگیر نرخ انتقال حرارت میگردد. بررسیها نشان میدهد که جهت جلوگیری از افت فشار زیاد نمیتوان تعداد بافل ها را بیش از اندازه زیاد کرد. نتایج حاصل از تحقیق نشان میدهد که با افزایش تعداد بافل از 4 به 5 عدد، دمای گاز خروجی 16.7 درجه سانتیگراد کاهش یافته و دمای آب خروجی نیز 2 درجه سانتی گراد افزایش می یابد. از سوی دیگر این مساله سبب 541 پاسکال افت فشار بیشتری در مبدل خواهد شد.