حل عددی و جریان در ریکوپراتور به منظور پیش گرمایش هوا در هیتر ایستگاه تقلیل فشار گاز شهری

در این پژوهش، تحلیل عددی عملکرد حرارتی یک ریکوپراتور نصب شده در ایستگاه تقلیل فشار گاز شهری اصفهان با هدف بهینه سازی فرآیند پیش گرمایش هوا و کاهش مصرف سوخت در هیتر پایین دست مورد بررسی قرار گرفته است. ریکوپراتور به عنوان مبدل حرارتی غیرمستقیم، با بهره گیری از انرژی گازهای داغ عبوری از دودکش، هوای ورودی به مشعل را پیش گرم کرده و نقش مهمی در کاهش انرژی مصرفی و افزایش بازده سیستم ایفا می کند. در این راستا، هندسه واقعی تجهیز شامل یک کویل مارپیچ درون یک دودکش به طول ۷ متر و قطر داخلی ۵۰ سانتی متر در نرم افزار انسیس فلوئنت شبیه سازی و صحت سنجی گردید. پس از صحت سنجی مدل عددی، هفت سناریوی متفاوت شبیه سازی گردید که در آن ها پارامترهای موثر نظیر دمای ورودی هوای کویل (در بازه ۲۷۳ تا ۲۸۷ کلوین)، دبی جریان ورودی هوا (در بازه ۳۵۰ تا ۵۵۰ متر مکعب بر ساعت) و دمای بدنه دودکش (در بازه ۳۴۳ تا ۳۶۳ کلوین) تغییر داده شدند. تحلیل نتایج حاصل نشان داد که افزایش دمای ورودی کویل باعث کاهش گرادیان حرارتی و در نتیجه کاهش دمای خروجی کویل شده، در حالی که کاهش دمای اولیه، پیش گرمایش موثرتری ایجاد کرده و موجب کاهش مصرف گاز در هیتر می شود. همچنین، دبی بالاتر هوا با وجود افزایش ظرفیت حرارتی، منجر به افت عملکرد انتقال حرارت به دلیل کاهش زمان اقامت و افزایش افت فشار شد. از سوی دیگر، افزایش دمای بدنه دودکش (که نمایانگر افزایش دمای گازهای عبوری است) موجب بهبود محسوس در گرمایش هوا و کاهش توان مصرفی مشعل می گردد. نتایج این مطالعه حاکی از آن است که با تنظیم بهینه پارامترهای ورودی، به ویژه دمای هوای اولیه، نرخ جریان عبوری و شرایط حرارتی دودکش، می توان بازده حرارتی ریکوپراتور را به صورت چشمگیری افزایش داد و به کاهش قابل توجه مصرف سوخت در ایستگاه های تقلیل فشار گاز دست یافت. این پژوهش می تواند به عنوان مرجعی کاربردی برای طراحی، بهبود و بهره برداری بهینه از تجهیزات گرمایشی در صنعت گاز مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه ها:

ریکوپراتور ، پیش گرمایش هوا ، هیتر ، ایستگاه تقلیل فشار گاز شهری ، نرم افزار انسیس