شبیه سازی عددی فرایند رسوب در مبدل های حرارتی با جریان ضربانی
چکیده
مبدل های حرارتی بخش مهمی از فرایندهای صنعتی می باشند که مقدار قابل توجهی از کل انرژی سیستم را تأمین می نمایند. همانطور که می دانیم از جمله عوامل تأثیر گذار روی کارایی مبدلها، فرایند رسوب گذاری می باشد. این مشکل هر ساله سبب بروز خسارات مالی زیادی میشود به نحوی که هزینههای ناشی از این فرایند در کشورهای صنعتی در حدود 25% تولید ناخالص ملی این کشورهاست این مقدار تنها در صنایع لبنی هلند چیزی حدود 40 میلیون دلار می باشد، بدین ترتیب در صورت پیش بینی ضخامت لایه رسوب با گذشت زمان می توان به میزان قابل توجهی هزینهها را کاهش داد، با این وجود توصیف آنالیتیکی مکانیزم رسوب گذاری بسیار پیچیده است و تا کنون این امر امکان پذیر نبوده است و تمامی مدل های ارائه شده تنها در شرایط تجربی به توصیف این فرایند می پردازند. در این پروژه ابتدا تمامی مکانیسم ها و مدل های رسوب مورد بررسی گردیده و در نهایت مکانیسم رسوب کریستالی در شبیه سازی مورد استفاده قرار گرفت، علاوه بر این با توجه به مراحل اصلی شکل گیری رسوب کریستالی مدل های ارائه شده در این راستا مورد ارزیابی قرار گرفت . برای شبیه سازی عددی فرایند رسوب در این پروژه از نرم افزار تجاری فلوئنت استفاده شده است اما نرم افزار فلوئنت به تنهایی قادر به انجام این محاسبات نمیباشد، لذا از طریق کد نویسی به زبان c++ و استفاده همزمان از توابع فلوئنت و یا به عبارتی توابع udf مدلهای مربوط به رسوب برای این نرم افزار تعریف گردید. شایان ذکر است که شبیه سازی واقعی رشد رسوب کریستالی مستلزم داشتن تغییرات پیوسته در هندسه جریان میباشد که عملا ّ از نظر محاسباتی امری پیچیده و مشکل میباشد، لذا برای حل این مشکل از رشد مجازی رسوب کریستالی استفاده شد. این ساده سازی عددی ما را قادر نمود تا یک شبیه سازی به صورت غیر پایا در رابطه با فرایند واقعی رسوب که در بر گیرنده تغییرات جریان و دما با توجه به رشد کریستال میباشد را عملی سازیم. در این محاسبات حالت ساده ای که مربوط به جریان موازی در صفحههای تخت میباشد با استفاده از مدلهای مختلف اغتشاش مورد بررسی قرار گرفت، نتایج حاصل از این تحقیق در شرایط متفاوت سرعت ورودی غیر ضربانی با هم مقایسه شد و در ادامه با بررسی فاکتورهای مختلف رسوب گذاری در جریان ضربانی با فرکانسها و دامنههای نوسان متفاوت بررسی و با هم مقایسه گردید که نشان دهنده کاهش میزان مقاومت رسوب گذاری با افزایش سرعت و همچنین افزایش آن با افزایش فرکانس جریان و کاهش مقاومت با افزایش دامنه نوسان میباشد. ضمناً مقایسه نتایج حاصل از این تحقیق با نتایج تجربی در جریان غیر ضربانی هماهنگی خوبی از خود نشان می دهد ولی در جریان ضربانی به علت در دسترس نبودن نتایج تجربی فقط نتایج با یکدیگر مقایسه شد و روند تأثیر فاکتورهای مختلف ضربان بررسی گردید. بنابراین با استفاده از این روش میتوان برای پیش بینی سریع و کم هزینه فرایند رسوب کریستالی روی سطوح مبدلهای حرارتی استفاده نمود.