شبیه سازی مبدل های حرارتی

پیش گفتار ( شبیه سازی مبدل های حرارتی )

مبدل های حرارتی تقریباً پرکاربرترین عضو در فرآیندهای شیمیایی اند و می توان آن ها را در بیشتر واحدهای صنعتی ملاحظه کرد. آنها وسایلی هستند که امکان انتقال انرژی گرمایی  بین دو یا چند سیال در دماهای مختلف را فراهم می کنند. این عملیات می تواند بین مایع- مایع ، گاز – گاز و یا گاز – مایع انجام شود. مبدل های حرارتی به منظور خنک کردن سیال گرم و یا گرم کردن سیال با دمای پایین تر و یا هر دو مورد استفاده قرار می گیرند.

مبدل های حرارتی در محدوده وسیعی از کاربردها استفاده می شوند . این کاربردهای شامل  نیروگاه ها ، پالایشگاه ها ، صنایع پتروشیمی، صنایع ساخت و تولید ، صنایع فرآیندی ، صنایع غذایی و دارویی ، صنایع ذوب فلز ، گرمایش ، تهویه مطبوع ، سیستم های تبرید و کاربردهای فضایی میباشند. مبدل های حرارتی در دستگاه های مختلف نظیر دیگ بخار ، مولد بخار ، کندانسور، اواپراتور، تبخیر کننده ها ، برج خنک کن ، پیش گرم کن فن کویل ، خنک کن و گرم کن روغن ، رادیاتور ها ، کوره ها و … کاربرد فراوان دارند.

صنایع بسیاری در طراحی انواع مبدل های حرارتی فعالیت دارند و هم چنین ، دروس متعددی در کالج ها و دانشگاه ها با نام های گوناگون در طراحی مبدل های حرارتی ارائه     می گردد. محاسبات مربوط به مبدل ها کاری طولانی و گاهی خسته کننده است. مثلاً طراحی یک مبدل برای یک عملیات به خصوص نیاز به حدس های زیادی دارد که با استفاده از آن ها و طبق استانداردها می توان اندازه های یک مبدل مناسب را پیدا کرد.

اما با استفاده از برنامه های کامپیوتری تمام این محاسبات توسط کامپیوتر انجام میشود و طراح برای طراحی تنها باید شرایط عملیاتی و خواص سیالات حاضر در عملیات را وارد کند. نرم افزارهای  Aspen B-jac و  HTFS از این موارد هستند. این نرم افزارها شامل برنامه هایی می شوند که توانایی انجام چنین محاسباتی را دارند.
در این تحقیق ابتدا توضیحاتی در مورد مبدل های حرارتی و اصول طراحی آنها بیان گردیده و در ادامه به معرفی و آشنایی با چند نرم افزار طراحی مبدلها پرداخته شده است.

فهرست مطالب شبیه سازی مبدل های حرارتی

پیشگفتار    ۳

دسته بندی مبدل های حرارتی    ۵

بر اساس نوع و سطح تماس سیال سرد و گرم    ۵

بر اساس جهت جریان سیال سرد و گرم    ۶

بر اساس مکانیزم انتقال حرارت بین سیال سرد و گرم    ۸

بر اساس ساختمان مکانیکی و ساختار مبدل ها    ۹

اصول طراحی مبدل های حرارتی    ۲۰
۱- تعیین مشخصات فرآیند و طراحی    ۲۴
۲- طراحی حرارتی و هیدرولیکی    ۲۸
۳- طراحی مکانیکی    ۳۳
۴- ملاحظات مربوط به تولید و تخمین  هزینه ها    ۳۷
۵-  فاکتورهای لازم برای  سبک و سنگین کردن    ۳۹
۶-  طراحی بهینه    ۴۰
۷- سایر ملاحظات    ۴۰

نرم افزار HTFS ( شبیه سازی و طراحی مبدل های حرارتی )    ۴۱
TASC، طراحی حرارتی ، بررسی عملکرد و شبیه سازی مبدلهای پوسته و لوله    ۴۲
FIHR، شبیه سازی کوره ها با سوخت گاز و مایع    ۴۲
MUSE، شبیه سازی مبدلهای صفحه ای پره دار    ۴۳
TICP، محاسبه عایقکاری حرارتی    ۴۳
PIPE، طراحی، پیش بینی و بررسی عملکرد خطوط لوله    ۴۴
ACOL، شبیه سازی و طراحی مبدلهای حرارتی هواخنک    ۴۴
FRAN، بررسی و شبیه سازی مبدلهای نیروگاهی    ۴۵
TASC، طراحی حرارتی ، بررسی و شبیه سازی مبدلهای حرارتی پوسته و لوله    ۴۶

توانایی ها    ۴۶

کاربرد در فرآیند    ۴۷

مشخصات فنی و توانایی ها    ۴۸

خواص فیزیکی    ۴۹

بررسی ارتعاش ناشی از جریان    ۴۹

خروجی    ۵۰
ACOL شبیه سازی و طراحی مبدلهای حرارتی هواخنک    ۵۲

طراحی    ۵۲

کاربرد در فرآیند    ۵۳

مشخصات فنی و توانایی    ۵۴

نتایج خروجی    ۵۶
PIPESYS

شبیه سازی خطوط لوله    ۵۸

امکانات و توانایی ها    ۵۹

نمونه هایی از کاربرد PIPESYS در عمل    ۶۰

نرم افزار Aspen B-jac    ۶۱

آشنایی با نرم افزار Aspen Hetran    ۶۳

نحوه کار نرم افزار  Hetranدر حالت طراحی    ۶۵

محیط نرم افزار Aspen Hetran    ۷۲

تعریف مساله ( Problem Definition )    ۷۳

اطلاعات خواص فیزیکی ( Physical property data )    ۸۳

ساختار مبدل ( Exchanger Geometry )    ۹۴

داده های طراحی (  Design Data)    ۱۰۶

تنظیمات برنامه ( Program Options )    ۱۱۳

نتایج ( Results )    ۱۱۷

خلاصه وضعیت طراحی    ۱۱۸

خلاصه وضعیت حرارتی    ۱۲۱

خلاصه وضعیت مکانیکی    ۱۲۵

جزئیات محاسبه ( Calculation Details )    ۱۲۷

آشنایی با نرم افزار Aerotran    ۱۲۹

روش های طراحی نرم افزار Aerotran    ۱۳۱

آشنایی با نرم افزار  Teams    ۱۳۳

برنامه Props    ۱۳۶

برنامه Qchex    ۱۳۸

برنامه Ensea    ۱۴۰

برنامه Metals    ۱۴۲

برنامه  Primetal    ۱۴۴

برنامه Newcost    ۱۴۷

منابع و مواخذ    ۱۴۹