بررسی عددی تاثیر هندسه فین و ضخامت فیلم بر انتقال حرارت در تبخیر فیلم ریزان روی لوله افقی

تبخیر فیلم ریزان از کارآمدترین روش های انتقال حرارت در مبدل ها و تبخیرکننده هاست که عملکرد آن به هیدرودینامیک فیلم مایع و توزیع سطحی آن وابسته است. در این پژوهش، اثر سه هندسه فین محیطی بر ویژگی های هیدرودینامیکی و عملکرد حرارتی جریان فیلم ریزان روی لوله افقی با شبیه سازی CFD بررسی شد. شبیه سازی ها در عدد رینولدز ۲۷۱ با مدل دوفازی VOF و شرط دمای ثابت دیواره انجام شد. برای ارزیابی عملکرد، توزیع کسر حجمی مایع، ضخامت فیلم، میدان های سرعت و دما و ضریب انتقال حرارت موضعی در زوایا و مقاطع مختلف طول لوله استخراج گردید. نتایج نشان داد هندسه فین نقش تعیین کننده ای در بازتوزیع فیلم، کنترل ترشوندگی و تغییر مقاومت حرارتی دارد. در میان هندسه ها، مدل F۱ بهترین تعادل را بین هیدرودینامیک و انتقال حرارت ارائه داد؛ علی رغم افزایش ۱۵٫۴ درصدی ضخامت متوسط فیلم نسبت به لوله صاف، ضریب انتقال حرارت را حدود ۱۶٫۴ درصد افزایش داد. مدل F۲ افزایش ۱۴٫۹ درصدی ضریب انتقال حرارت داشت، اما به دلیل توزیع غیریکنواخت تر فیلم، نوسانات موضعی بیشتری ایجاد کرد. مدل F۳ به دلیل تجمع مایع و افزایش ضخامت متوسط فیلم تا ۶۹ درصد، موجب کاهش ۷۴٫۸ درصدی ضریب انتقال حرارت شد. نوآوری این پژوهش، بررسی همزمان اثر هندسه فین بر توزیع و ضخامت فیلم، ترشوندگی سطح و انتقال حرارت و تبیین نقش یکنواختی فیلم در عملکرد حرارتی است؛ نتایج نشان می دهد که افزایش سطح فین یا حتی افزایش ضخامت متوسط فیلم الزاما موجب بهبود انتقال حرارت نمی شود و بازتوزیع یکنواخت فیلم و جلوگیری از تجمع موضعی مایع، عامل موثرتری در افزایش ضریب انتقال حرارت است.

کلیدواژه ها:

تبخیر فیلم ریزان ، لوله افقی فین دار ، دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) ، روش حجم سیال (VOF) ، ضخامت فیلم ، ضریب انتقال حرارت