مبدل حرارتي

ابزار لازم: مبدل حرارتي-بشر بزرگ براي اندازه گيري دبي-كرنومتر
مواد لازم: سيال مورد نياز مبدل (آب)

تئوري:

1- مقدمه:

به طور كلي مبدل حرارتي وسيله اي است كه انرژي حرارتي را از يك سيال به يك يا چند سيال كه داراي درجه حرارت متفاوتي هستند منتقل
مي كند.

در اين تعريف مشخس مي گردد كه در يك مبدل حرارتي حداقل دو سيال وجود دارد كه حرارت ميان آن دو تبادل مي شود.
پستانداران مبدل هاي حرارتي پيچيده اي دارند كه مهمترين آن شش ها هستند كه با اشباع هواي بازدم از بخار آب بدن را خنك مي كند.

رادياتور نيز از انواع مبدل هاي حرارتي است كه در آن آب در گردش داخل موتور به وسيله ي هوا خنك ميشود.
شوفاژها و تهويه هاي متبوع از انواع مبدلها هستند.

2- مبدل هاي حرارتي لوله اي:

از اين مبدل ها بيش از هر نوع مبدل حرارتي ديگر استفاده مي شود. مبدل هاي حرارتي لوله اي خود انواع مختلفي دارند كه از آن جمله مي توان به دو نوع (تك لوله اي) و (دو لوله اي) و (لوله ي مارپيچي) و (لوله-پوسته) اشاره نمود.

مبدل حرارتي دو لوله اي :
اين مبدل از دو لوله ي هم محور تشكيل ميشود. يكي از دو سيال در لوله ي داخلي و ديگري در مجراي حلقوي بين دو لوله يا به عبارتي در لوله ي خارجي جريان دارد.
كاربرد اين گونه مبدل ها زماني است كه سطح تبادل مورد نياز كوچك باشد به ويژه زماني كه يكي از دو سيال گاز يا مايع لزج يا دبي آن كم باشد.

مبدل هاي حرارتي لوله-پوسته :
اين مبدل از انواع متداول مبدل هاي حرارتي چند لوله اي است كه براي انتقال حرارت (مايع-مايع) (مايع با سيال در حال تبخير) و (مايع در حال تقطير) كاربرد دارد. يك نوع از اين مبدل كه شبيه مبدل هاي دو لوله اي است از يك پوسته تشكيل شده است كه تعدادي لوله ي (يو)شكل در داخل آن قرار دارد.

3- انواع جريان در مبدل هاي حرارتي:

جريان سيالات در مبدل هاي حرارتي لوله اي به دو شكل صورت مي گيرد:

الف-جريان هم سو :
دراين مبدل سيال سرد و گرم هر دو در يك جهت حركت كرده تبادل حرارت صورت مي گيرد.

ب-جريان ناهم سو :
سيال سرد و گرم در دو جهت مخالف حركت ميكنند در نتيجه ميزان تبادل ح انتقال حرارت افزايش مي يابد و راندمان كار بيشتر مي شود.

4- اساس كار مبدل هاي حرارتي لوله – پوسته:

بيشتر سيال گرم درون لوله هاي موجمد در لوله هاي موجود در پوسته جريان مي يابد و در محفظه ي مياني لوله ها (درپوسته) سيال سرد پس از عبور از مسير هاي تعيين شده با سطح جانبي لوله برخورد كرده تبادل حرارت صورت مي گيرد و در انتها از مجراي مخصوص خارج مي شود.

5- راه اندازي مبدل حرارتي :

1- ابتدا سيال سرد وارد پوسته ي مبدل مي شود سپس به تدريج سيال گرم در درون لوله ها جريان مي يابد.
2-چنانچه از مشتقات نفتي يا گازي براي سيالات درون مبدل استفاده ميكنيد بايد از يك گاز بي اثر يا بخار آب برلي تخليه ي هواي درون مبدل و جلوگيري از انفجار-استفاده نماييد.

6-از كار انداختن مبدل هاي حرارتي :

1-ابتدا جريان گرم را درون مبدل قطع كنيد تا مبدل به تدريج سرد شود.
2-جريان سرد را قطع نماييد.
3-براي جلوگيري از انفجار در مبدل هاي حرارتي كه مخلوط هاي هيدروكربني در آن نقش سيال را بر عهده دارد بايد پس از خاموش كردن دستگاه مبدل را هوا گيري نماييد.

7-خوردگي در مبدل هاي حرارتي:

با توجه به اين كه در صنايع شيميايي بيشتر مواد خاصيت خورندگي دارند لوله هاي موجود در مبدل هاي حرارتي نيز فرسوده شده بر اثر خوردگي سوراخ مي شوند كه اين امر در عمل تبادل حرارت ايجاد اختلال مي كند.
به همين منظور روش مشخص شدن در لوله ها بيان مي شود :
1-مبدل حرارتي را از دستگاه خارج نماييد.
2-مواد را در پوسته و لوله ي مبدل به طور كامل تخليه كنيد.
3-خروجي مسير پوسته را ببنديد.
4-آب فشار قوي را در درون پوسته ي مبدل وارد كنيد.
توجه : چون خروجي پوسته مسدود است هر لوله اي كه سوراخ باشد آب را از خود عبور مي دهد.

ضريب كلي انتقال حرارت :

در سيستم هاي مسطح ضريب كلي انتقال حرارت را ميتوان معكوس جمع مقاومت ها در نظر گرفت يعني :

(جمع مقاومت ها)1/R

ما براي به دست آوردن ميزان حرارت منتقل شده در مبدل به اختلاف درجه حرارت لگاريتمي احتياج داريم كه در قسمت محاسبات ذكرشده است با معادله مربوطه.

البته اگر از مبدلي به غير از نوع دو لوله اي استفاده شود يك ضريب به معادله ي ميزان حرارت منتقل شده كه ذكر شده اضافه مي شود.

شرح آزمايش:

ابتدا مقداري آب گرم در مخزن آب گرم مي ريزيم تا به گرم شدن آب توسط آب گرمكن سرعت بدهيم.
سپس لوله ي جريان آب سرد را هم به آب شهر وصل كرده و خروجي آن را هم درون سينك قرار مي دهيم.
بعد آب گرم كن را روشن مي كنيم تا درجه حرارت را به حدود 60 درجه سانتي گراد برسد.
پمپ را هم روشن مي كنيم تا آب گرم را از مخزن آب گرم پمپ كند و سيكل آب گرم ما تكميل گردد. (آب گرم پس از عبور از مبدل حرارتي دوباره به مخزن بر مي گردد.)
زماني كه دماها متعادل شد دماهاي آب گرم ورودي و خروجي را هم از روي نشانگر دما كه بر روي مبدل قرار دارد مي خوانيم و يادداشت مي كنيم.
دبي آب گرم و سرد را هم اندازه گيري مي كنيم.(البته بر روي مبدل روتامتر هم هست.)ولي مه به روش پيمهنه اي دبي را اندازه گيري مي كنيم به اين صورت كه مقدار آبي كه در زمان مشخصي خارج شده را اندازه گيري مي كنيم و بعد بر آن زمان تقسيم تا دبي به دست آيد.(دبي را يادداشت مي كنيم.)
اين كارها را براي دو جريان هم سو و ناهم سو انجام مي دهيم. براي تبديل جريان هم سو به ناهم سو جاي شلنگ هاي مبدل را عوض مي كنيم.

موارد خطا :

مقداري خطاي جزئي در اندازه گيري ها مثل اندازه گيري زمان براي به دست آوردن دبي.

نتيجه گيري :

در مبدل ها ميزان حرارت منتقل شده در حالتي كه جريان سيال هاي گرم و سرد مخالف جهت حركت هم هستند (ناهم سو) بيشتر از حالت هم سو مي باشد.و طبق اين آزمايش و محاسبات به روش (ال-ام-تي-دي) و با به دست آوردن اختلاف درجه حرارت متوسط لگاريتمي مي توان ميزان حرارت مبادله شده را به دست آورد.

منابع :
كتاب انتقال حرارت نوشته ي جك فيليپ هولمن
سايت هاي مختلف اينترنت
كتاب كارگاه عمليات دستگاهي در صنايع شيميايي

مبدل حرارتي

مطالب مشابه :

معرفي تكنولوژي بهبود انتقال حرارت در مبدل‌هاي پوسته - لوله‌اي

آشنایی کلی با مهندسی مکانیک

حل المسائل مقدمه ای بر انتقال حرارت اینکروپرا ویرایش چهارم

دانستنیهای مفید درمورد مبدلهای حرارتی

زمان کلاس حل تمرین

موضوع آزمايش : مبدل حرارتي

مهندسي مكانيك

مبدل حرارتي

معرفی رشته مهندسی دریا

رشته کارشناسی مکانیک (گرایش حرارت وسیالات)