مقایسه افت فشار اصطکاکی جریان دوفاز درکویل مارپیچ قائم و لوله مستقیم به کمک حل عددی

مبدل های مارپیچ به دلیل ساختار فشرده خود در بسیاری از کاربردهای صنعتی همچون نیروگاه ها، صنایع هسته-ای، صنایع پتروشیمی، صنایع غذایی، داروسازی و نفت وگاز استفاده می شوند. این نوع مبدل ها در مقایسه با مبدل-های با لوله مستقیم فضای کمتری را اشغال نموده و دارای ضریب انتقال حرارت بالاتر و افت فشار بیشتری می-باشند. در این مقاله سعی شده است که با استفاده از حل عددی مقادیر افت فشار اصطکاکی ایجاد شده در کویل این مبدل ها با حالت لوله مستقیم در حالتی که جریان دوفاز آب – هوا در لوله در حال حرکت است، مقایسه گردد. به منظور تحلیل عددی جریان از مدل Particleموجود در کد تجاری ANSYS CFX که نحوه گسسته سازی آن براساس روش حجم محدود می باشد، استفاده شده است. همچنین برای محاسبه افت فشار اصطکاکی لوله مستقیم از مدل هموژن و معادله بلازیوس بهره گرفته شده است. ابتدا با بررسی شبکه های گوناگون، بهترین شبکه برای تحلیل عددی انتخاب و استقلال شبکه به اندازه مش تحلیل گردید. سپس نتایج اولیه برای هشت هندسه مختلف و تحت شرایط مرزی مشابه اعتبارسنجی شد. با توجه به برخی نتایج تجربی موجود مدل مناسب انتخاب گردید. در ادامه با تحلیل عددی معادلات حاکم، به منظور درک بهتری از طبیعت پیچیده الگوی جریان دوفاز درون کویل مارپیچ، ابتدا تاثیر عدد فرود گریز از مرکز بر روی ناپایداری جریان دوفاز دورن کویل مارپیچ بررسی شد، سپس مقادیر افت فشار اصطکاکی برای چهار کویل و در کسرحجمی های گوناگون محاسبه شده و با مقادیر متناظر آنها در لوله مستقیم مقایسه گردید. نتایج حاکی از آن است که افت فشار اصطکاکی ایجاد شده در کویل مارپیچ به دلیل تاثیر نیروی گریز از مرکز بر ساختار جریان و به دنبال آن ایجاد جریان های ثانویه که سبب تنش های برشی قویتر در کویل می شود، بیشتر از حالت لوله مستقیم می باشد.

کلیدواژه ها:

حل عددی ، جریان دوفاز ، افت فشار اصطکاکی ، کویل مارپیچ ، لوله مستقیم ، نیروی گریز از مرکز ، جریان های ثانویه