مطالعه تجربی و تئوری یک مبدل حرارتی دو لوله¬ای آب به هوا با استفاده از فین¬های منقطع سوراخدارجهت افزایش انتقال حرارت

صرفه¬جویی در مصرف انرژی، منجر به گسترش تلاش‌هایی برای تولید مبدل‌های حرارتی پربازده شده ¬است. روش¬های افزایش نرخ انتقال حرارت به دو بخش فعال و غیرفعال تقسیم بندی می¬شوند. یکی از روش¬های غیر فعال، استفاده از وسایل ایجاد جریان چرخشی می¬باشد. این روش در مقایسه با روش¬های فعال، کاربرد بیشتری دارد، به دلیل اینکه فرآیند ساخت وسایل ایجاد جریان چرخشی ساده بوده و به راحتی قابل اعمال در مبدل حرارتی می¬باشد. استفاده از این وسایل باعث ایجاد چرخش در جریان سیال و برهم زدن لایه مرزی روی سطح لوله می¬گردد، این اثرات ناشی از تغییرات متوالی سطح هندسه می¬باشد. این بدان معناست که بکارگیری این نوع وسایل، باعث ایجاد اغتشاش و تشکیل گردابه می¬شود، که این پدیده لایه مرزی حرارتی را نازکتر نموده و متعاقباً ضریب انتقال حرارت را افزایش می¬دهد، اما با بکارگیری آنها افت فشار در لوله نیز افزایش پیدا می¬کند. بنابراین رسیدن به بهترین عملکرد حرارتی، نیازمند انجام مطالعات تجربی و عددی می¬باشد. در این رساله، افت فشار و افزایش نرخ انتقال حرارت، در یک مبدل حرارتی دو لوله¬ای آب به هوا مجهز به مغشوش¬کننده، به صورت تجربی بررسی می¬گردد. سیالات استفاده شده یعنی آب و هوا به ترتیب داخل لوله درونی و بیرونی جریان دارند. مغشوش¬کننده¬ها در ناحیه حلقوی نصب می¬شوند. سه نوع هندسه مورد بررسی قرار گرفته است که عبارتند از: رینگ دایروی سوراخدار، رینگ مخروطی سوراخدار و فین مارپیچ سوراخدار. بررسی¬های آزمایشگاهی به ازای مقادیر مختلف عدد رینولدز ( 6000 تا 12000)، نسبت مساحت باز ( صفر تا 0833/0)، نسبت گام (83/1 تا 83/5) و زاویه مخروطی ( صفر تا 30 درجه) انجام گرفته است. در هندسه رینگ مخروطی دو آرایش مستقیم و معکوس بررسی شده است. به منظور ارائه روابطی برای ضریب اصطکاک، عدد ناسلت و ضریب عملکرد حرارتی، بر اساس داده¬های آزمایشگاهی، از روش شبکه عصبی دسته بندي گروهي داده‌ها استفاده گردید. نسخه دوم الگوريتم‌ ژنتيك‌ مرتب‌سازي‌ غير مغلوب، به منظور یافتن طراحی بهینه مبدل حرارتی، به کار رفته است و نتیجه آن به صورت مجموعه¬¬ای از پاسخهای بهینه تحت عنوان جبهه پرتو ارائه گردید. همچنین برای مشاهده پدیده¬های فیزیکی، از نرم افزار تجاری انسیس فلوئنت 14، استفاده می¬شود. در نهایت نتایج حاصل بیانگر این است که بکارگیری رینگ دایروی سوراخدار باعث دستیابی به نرخ انتقال حرارت کمتری نسبت به رینگ دایروی معمولی می¬گردد. ضریب عملکرد حرارتی با افزایش نسبت مساحت باز، بهبود می¬یابد در حالیکه با افزایش نسبت گام و عدد رینولدز کاهش پیدا می¬کند. در آرایش مستقیم رینگ مخروطی، افزایش زاویه مخروطی منجر به بهبود ضریب عملکرد حرارتی می¬گردد ولی عکس این رفتار در حالت آرایش معکوس قابل مشاهده است. تاثیر نسبت مساحت باز بر ضریب عملکرد حرارتی، در اعداد رینولدز و نسبت گام بالاتر، بیشتر به چشم می¬آید.