گزارش کار مبدل حرارتی دو لوله ای (آب-آب)

موضوع آزمایش: مبدل حرارتی دو لوله ای (آب-آب) (Water to water heat exchanger)
تئوری آزمایش:
فرآیند تبادل گرما بین دو سیال با دماهای متفاوت که توسط دیواره جامدی از هم جدا شدهاند در بسیاری از کاربردهای مهندسی روی می دهد. به وسیله ای که برای این انتقال به کار می رود، مبدل حرارتی می گویند. به عبارت دیگر مبدل حرارتی دستگاهی است که برای انتقال حرارتموثر بین دو سیال (گاز یا مایع) به دیگری استفاده میگردد.
از رایجترین مبدلهای حرارتی رادیاتور خودروو رادیاتور شوفاژاست. مبدلهای حرارتی در صنایع مختلف از جمله تهویه مطبوع، خودرو، نفت و گازو بسیاری صنایع دیگر مورد استفاده قرار میگیرند.
ما در فرآیندهای شیمیایی و فیزیکی نیاز به گرم کردن و یا سرد کردن سیالاتی داریم که مورد استفاده قرار می گیرند. برای تبادل گرمای دو سیال بدون اینکه با هم آمیخته شوند، نیاز به سطح انتقال حرارت داریم. امروزه در سراسر دنیا کارخانه های فراوانی یافت می شوند که در زمینه ساخت مبدل های حرارتی فعالیت می کنند. آنها بر اساس نیاز مشتری خود و بر اساس استانداردهای تعیین شده به طراحی و ساخت مبدل های حرارتی در سایزها و گونه های مختلف مبادرت می ورزند. در زیر به طور خلاصه به بررسی دو نوع از مبدل های حرارتی می پردازیم:

موضوع آزمایش: مبدل حرارتی دو لوله ای (آب-آب) (Water to water heat exchanger)
تئوری آزمایش :
فرآیند تبادل گرما بین دو سیال با دماهای متفاوت که توسط دیواره جامدی از هم جدا شدهاند در بسیاری از کاربردهای مهندسی روی می دهد. به وسیله ای که برای این انتقال به کار می رود، مبدل حرارتی می گویند. به عبارت دیگر مبدل حرارتی دستگاهی است که برای انتقال حرارتموثر بین دو سیال (گاز یا مایع) به دیگری استفاده میگردد.
از رایجترین مبدلهای حرارتی رادیاتور خودروو رادیاتور شوفاژاست. مبدلهای حرارتی در صنایع مختلف از جمله تهویه مطبوع، خودرو، نفت و گازو بسیاری صنایع دیگر مورد استفاده قرار میگیرند.
ما در فرآیندهای شیمیایی و فیزیکی نیاز به گرم کردن و یا سرد کردن سیالاتی داریم که مورد استفاده قرار می گیرند. برای تبادل گرمای دو سیال بدون اینکه با هم آمیخته شوند، نیاز به سطح انتقال حرارت داریم. امروزه در سراسر دنیا کارخانه های فراوانی یافت می شوند که در زمینه ساخت مبدل های حرارتی فعالیت می کنند. آنها بر اساس نیاز مشتری خود و بر اساس استانداردهای تعیین شده به طراحی و ساخت مبدل های حرارتی در سایزها و گونه های مختلف مبادرت می ورزند. در زیر به طور خلاصه به بررسی دو نوع از مبدل های حرارتی می پردازیم:
مبدل حرارتی پوسته و لوله (Shell and tube heat exchanger):
مبدل های پوسته و لوله از پرکاربردترین نوع مبدل ها در صنایع می باشد. مبدل حرارتی پوسته و لوله (Shell and tube heat exchanger) نوعی مبدل حرارتیاست که کاربرد وسیعی در صنایع شیمیایی مانند واحدهای تقطیرنفت خامدارد. همانطور که از نام آن پیداست این مبدل از یک مخزن استوانهای شکل بزرگ (پوسته) (Tube) در فشار بالا و تعدادی لوله (Shell) در داخل آن تشکیل شده است. مایع در داخل لولهها حرکت میکند و بخار داغ بر روی لولهها و درون پوسته جریان دارد. به علت تعداد زیاد این لولهها و سطح تماس بالایی که ایجاد میکند، حرارت بخار به مایع داخل لوله منتقل شده و مایع را به جوش میآورد.
این نوع مبدل ها اگر چه دارای معایب و اشکالاتی هستند اما به دلیل مزایایی که فراهم می کنند همچنان در بسیاری از موارد، انتخاب اول می باشند. لذا با توجه به وسعت کاربرد این مبدل ها، محققین تلاش های فراوانی در جهت توسعه کارایی آنها انجام داده اند تا بتوانند کارایی این مبدل ها را به مبدل های فشرده نزدیک سازند. (مبدل های فشرده یکی از انواع مهم مبدل های حرارتی است که دارای سطح انتقال گرمای بزرگی در حجم واحد است. این مبدل ها دارای صفحات یا لوله های پره دار، با آرایش بسیار فشرده هستند و معمولاً وقتی به کار می روند که حداقل یکی از سیالات گاز و در نتیجه دارای یک ضریب کوچک باشد.)
مبدل های حرارتی پوسته و لوله در مقایسه با مبدل های فشرده، بزرگتر، ضعیف تر و ناکارآمدتر هستند ولی به دلیل اینکه مبدل های فشرده در دماهای بالا کاربرد زیادی ندارند و به دلیل مزایای مبدل های پوسته و لوله که در زیر بیان شده است، این مبدل ها به مبدل های فشرده ترجیح داده می شوند:
نگهداری آسان (باز کرده، بازرسی کردن، تمیز کردن، تعمیر کردن، توسعه دادن)
تعمیر قطعات دستگاه بدون متوقف کردن آزمایش
در دسترس بودن روش های ساخت
قابلیت ساخت از هر نوع فلز
قابل کاربرد برای رنج وسیعی از دماها و فشارها (فشارهای تا ۳۰۰ بار در پوسته و تا ۱۴۰۰ بار در سمت لوله و دماهای تا ۸۰۰ درجه سانتیگراد)
گستردگی اطلاعات طراحی مکانیکی و حرارتی و استانداردهای موجود
اطلاعات زیادی که دانش و تجربه های صورت گرفته برای شرایط و حالت های گوناگون در چندین دهه، وجود دارد.
همانطور که گفتیم مبدل حرارتی پوسته و لوله شامل چندین لوله (Tube) و یک پوسته (Shell) می باشد. سیال با دمای بیشتر از درون لوله ها و سیال با دمای کمتر از درون پوسته عبور می کند و مقدار گرمایی برابر Q_Hاز طریق دیواره لوله ها و در شرایط پایدار (Steady State) به طرف سیال سردتر انتقال می یابد.

مبدل حرارتی دو لوله ای آب-آب (Water to water heat exchanger):
مبدل حرارتی دو لوله ای شامل یک لوله (Tube) و یک پوسته (Jacket) می باشد. سیال با دمای بیشتر از درون لوله و سیال با دمای کمتر از درون پوسته عبور می کند و مقدار گرمایی برابر Q_H از طریق دیواره لوله و در شرایط پایدار (Steady State) به طرف سیال سردتر انتقال می یابد. باید توجه کرد که مقدار حرارت از دست رفته در سیال گرمتر برابر مقدار حرارتی است که توسط سیال سردتر اخذ شده است بنابراین برای موازنه ی حرارتی در مبدل دو لوله ای می توان بصورت زیر عمل کرد: Q_c=wC_pc (T_ci-T_co)
Q_H=wC_pH (T_Hi-T_Ho)
Q_H≅Q_c≅q
که در آن:
〖=Q〗_H مقدار حرارتی که سیال گرمتر از دست می دهد بر حسب (Kcal⁄h)
〖=Q〗_c مقدار حرارتی که سیال سردتر اخذ می کند بر حسب (Kcal⁄h)
=Wدبی جرمی جریان بر حسب (Kg⁄h)
〖=C〗_pHگرمای ویژه برای سیال گرمتر بر حسب (Kcal⁄ (kg℃))
〖=C〗_pc گرمای ویژه برای سیال سردتر بر حسب (Kcal⁄ (kg℃))

در این مبدل ها می توانیم دو نوع جریان ایجاد کنیم:
۱-جریان هم سو: در این جریان آی سرد و گرم در یک راستا حرکت می کنند.
۲-جریان غیر هم سو: در این جریان آب سرد و گرم در خلاف جهت هم حرکت می کنند.
تغییر دمای هر دو سیال سرد و گرم در مبدل حرارتی در حالت هایی که دو سیال هم جهت و یا غیر هم جهت هستند در شکل زیر نشان داده شده است.

بایستی توجه کرد که مقدار حرارت از دست رفته در سیال گرمتر برابر مقدار حرارتی است که توسط سیال سردتر اخذ شده است.
با داشتن Qcو QHمی توانیم ضریب انتقال حرارت کل را بصورت زیر بیابیم: lnu2061〖 (∆T_۲) / (∆T_۱) 〗=-u. A ((T_hi-T_ho) /q+ (T_ci-T_co) /q)
lnu2061〖 (∆T_۲) / (∆T_۱) 〗=- (u. A) /q (T_hi-T_ci) - (T_ho-T_co)
∆T_۱= (T_hi-T_ci)
∆T_۲= (T_ho-T_co)
q=u. A (∆T_۲-∆T_۱) /lnu2061〖 (∆T_۲) / (∆T_۱) 〗
q=u. A∆T_lm
=q مقدار حرارت انتقال یافته بر حسب (Kcal⁄h)
q= (Q_H+Q_c) /۲
=A تمام مساحت مربوط به سطح انتقال حرارت بر حسب (m۲) و برابر ۰. ۱۰۷ می باشد.
=∆T_lm اختلاف دمای متوسط لگاریتمی برحسب ℃
اختلاف دمای متوسط لگاریتمی برای جریان هم جهت و غیر هم جهت بصورت زیر محاسبه می شود:
۱-اگر جریان هم جهت باشد:
∆T_lm= ((T_۱H-T_۱c) - (T_۲H-T_۲c)) /lnu2061〖 (T_۱H-T_۱c) / (T_۲H-T_۲c) 〗
۲-اگر جریان غیر هم جهت باشد:
∆T_lm= ((T_۱H-T_۲c) - (T_۲H-T_۱c)) /lnu2061〖 (T_۱H-T_۲c) / (T_۲H-T_۱c) 〗
روش انجام آزمایش
با راهنمایی استاد مربوطه و مهندس مسئول و رعایت تمامی نکات ایمنی شیرهای مخزن آب سرد و آب گرم را باز کرده و اجازه می دهیم تا مخزن آب سرد و گرم از آب پر شود.

سپس برق دستگاه را وصل می کنیم و بعد از تنظیم ترموستات (شکل زیر) مربوط به آبگرمکن، اجازه می دهیم که دمای دلخواه حاصل شود.

دو عدد شیر مخصوص را طوری تغییر می دهیم که مبدل حرارتی با جریان همسو ایجاد شود و با دبی های مختلف برای آب سرد و گرم آزمایش را انجام می دهیم. برای اندازه گیری دبی جریان آب گرم و سرد از رتامترهای موجود در دستگاه (که در شکل زیر نشان داده شدهاند) استفاده می کنیم.

در هر نوبت اجازه می دهیم که دماهای ورودی و خروجی مربوط به آب سرد و گرم به حالت یکنواخت برسند و تغییراتی نداشته باشند. آنگاه دماهای مختلف را برای آب سرد و گرم یادداشت می کنیم.

بعد از مرحله فوق این بار با تغییر وضعیت شیرهای مخصوص، مبدل حرارتی با جریان غیر هم جهت ایجاد می کنیم و تمامی آزمایشات فوق را در این حالت نیز تکرار می کنیم و پس از ثابت شدن دماها، آنها را یادداشت می کنیم.

روش کار

داده های بدست آمده از آزمایش

نمونه ای از محاسبات
برای جریان هم سو:
Q_c=wC_pc (T_ci-T_co)
جدول از استفاده با→C_pc=۴. ۲۰۷kj/ (kg℃) ×۰. ۲۳۸۸۵kcal/۱kj→C_pc=۱. ۰۰۴۸kcal/ (kg℃)
۵۰mm ارتفاع برای نمودار از استفاده با→w=۲۱۵kg/h
Q_c=۲۱۵×۱. ۰۰۴۸× (۴۰-۳۵) →Q_c=۱۰۸۰. ۱۶Kcal⁄h

Q_H=wC_pH (T_Hi-T_Ho)
جدول از استفاده با→C_pH=۴. ۱۷۹kj/ (kg℃) ×۰. ۲۳۸۸۵kcal/۱kj→C_pc=۰. ۹۹۸kcal/ (kg℃)
۳۰mm ارتفاع برای نمودار از استفاده با→w=۵۷kg/h
Q_H=۵۷×۰. ۹۹۸× (۶۰-۵۰) →Q_H=۵۶۸. ۸۶ Kcal⁄h

q=u. A∆T_lm
∆T_lm= ((T_۱H-T_۱c) - (T_۲H-T_۲c)) /lnu2061〖 (T_۱H-T_۱c) / (T_۲H-T_۲c) 〗 = ((۶۰-۴۰) - (۵۰-۳۵)) /lnu2061〖 (۶۰-۴۰) / (۵۰-۳۵) 〗 =۱۷. ۳۸℃
q= (Q_H+Q_c) /۲= (۵۶۸. ۸۶+۱۰۸۰. ۱۶) /۲=۸۲۴. ۵۱Kcal⁄h
q=u. A∆T_lm→u=q/ (A∆T_lm) =۸۲۴. ۵۱/ (۰. ۱۰۷×۱۷. ۳۸) →u=۴۴۳. ۳۶
برای دیگر دبی ها و نیز برای جریان غیر همسو بصورت مشابه عمل می کنیم. نتایج در جدول زیر نشان داده شدهاند:
برای جریان هم سو:
u yc yh T۲c T۱c T۲h T۱h
۴۴۳. ۳۶ ۵۰ ۳۰ ۳۵ ۴۰ ۵۰ ۶۰
۵۸۴. ۹۵ ۳۰ ۵۰ ۳۱ ۳۵ ۴۲ ۶۰
۶۷۳. ۵۵ ۵۰ ۵۰ ۳۲ ۴۰ ۶۰ ۶۰
۸۴۶. ۸۱ ۶۰ ۶۰ ۲۷ ۳۱ ۳۸ ۶۰
۷۷۸. ۷۵ ۶۰ ۴۰ ۳۳. ۷ ۴۰. ۵ ۴۷ ۶۰

برای جریان غیر هم سو:
u yc yh T۲c T۱c T۲h T۱h
۴۴۳. ۳۶ ۵۰ ۳۰ ۴۰ ۳۵ ۵۰ ۶۰
۳۳۹. ۱۵ ۳۰ ۵۰ ۳۵ ۳۱ ۴۲ ۶۰
۶۷۳. ۵۵ ۵۰ ۵۰ ۴۰ ۳۲ ۴۰ ۶۰
۸۴۶. ۸۱ ۴۰ ۶۰ ۳۱ ۲۷ ۳۸ ۶۰
۷۷۸. ۷۵ ۶۰ ۴۰ ۴۰. ۵ ۳۳. ۷ ۴۷ ۶۰

این متن ناقص است برای مشاهده متن کامل آن را دانلود نمایید.

در صورت خراب بودن لینک دانلود " در قسمت نظر دهید " به ما اطلاع دهید تا مشکل را رفع کنیم

حجم فایل : ۸۴۵ کیلو بایت | فرمت فایل : Docx | زبان : فارسی

دانلود مستقیم | پسورد فایل : kimiagari.ir

گزارش کار مبدل حرارتی آزمایشگاه انتقال حرارت - جمعه پنجم آبان 1391
آموزش صحیح گزارش کار نویسی + دانلود رایگان - پنجشنبه چهارم آبان 1391
ریزسنج ورنیه دار و کولیس ورنیه دار - چهارشنبه سوم آبان 1391
آموزش كار و اندازه گيري با كوليس - چهارشنبه سوم آبان 1391
سال 2021 دیگر کسی پیر نمی شود ... - چهارشنبه سوم آبان 1391
دماسنج ـ تاریخچه و کالیبره - سه شنبه دوم آبان 1391
گزارش کار بررسی قوانین سقوط آزاد و اندازه گیری شتاب گرانشی - سه شنبه دوم آبان 1391
بررسی قوانین سقوط ازاد و اندازه گیری شتاب گرانشی - سه شنبه دوم آبان 1391