منصة الرسائل والاطاريح: تحسين الأداء الحراري- الهيدروليكي لمبادل حراري باستخدام رغوة نحاسية

الخلاصة

نظرًا لاستخدام الرغوة المعدنية ذات الخلايا المفتوحة في تطبيقات نقل الحرارة بسبب مساميتها العالية ومساحة سطحها النوعية العالية، فقد تلقت اهتمامًا متزايدًا. في الدراسة الحالية، تم تحليل الأداء الديناميكي والحراري لمبادل حراري يتألف من رغوة نحاسية مدمجة في وحدة ملف المروحة عملياً وعددياً. صُمم مبادل حراري لوحدة ملف المروحة بحمل تبريد يبلغ 2 طن تثليج. اختبرات ظروف تدفق مختلفة للوصول إلى التصميم المناسب الذي يغطي حمل التبريد المطلوب. عملية تصميم المبادل الحراري تمت باستخدام طريقة (ε-NTU) وبرنامج (SOLIDWORK) لتحديد طول الأنبوب وشكل المبادل الحراري. من خلال الجانب العملي ، تم استخدام رغوة نحاسية كوسيط مسامي ، حيث تم وضعها بدلاً من زعانف الألمنيوم التقليدية. تمت المقارنة بين المبادلين الحراريين ، أحدهما بزعانف والآخر برغوة نحاسية ، تحت ظروف مختلفة. تراوح عدد رينولدز للهواء الداخل من 37000 إلى 235000. وتم إجراء مقارنة بين الأداء الحراري والديناميكي لرغوة النحاس والزعانف من خلال حساب عدة متغيرات ، منها فعالية المبادل الحراري ، والمقاومة الحرارية ، ومعامل انتقال الحرارة ، ورقم نوسلت ، ومعامل كولبيرن. ومعامل الاحتكاك وعامل جودة المنطقة. في الجانب النظري، استخدام برنامج (COMSOL Multiphysics 6.0) لتحليل الجريان وانتقال الحرارة خلال المبادل الحراري مع الرغوة المعدنية. نموذج (Darcy-Brinkman-Forchheimer) استخدمة لتمثيل معادلة الزخم داخل الرغوة المعدنية (وسط مسامي). تم استخدام موديل (توازن حراري محلي) لحل معادلة الطاقة خلال وسط مسامي. خلال التجارب العملية ، وجد بأن درجة حرارة دخول الماء عند 10 م هي الأنسب لإعطاء أداء حراري أفضل وتعتمد بشكل أساسي على قطر الأنبوب الذي تم اختياره. يعتمد معدل تدفق الماء البارد عبر الأنبوب على حمل التبريد ، لذلك من خلال التجارب وجد أن تدفق 4 لتر/دقيقة يغطي حمل التبريد المطلوب. أظهرت النتائج العملية عند سرعة الهواء المنخفضة أن معامل انتقال الحرارة متساوٍ تقريبًا لكلا النوعين وبفارق بسيط لالزعانف ، بينما يزداد الاختلاف في معامل انتقال الحرارة مع زيادة سرعة الهواء الداخل. كان معامل كولبورن أعلى في حالة المبادل الحراري برغوة نحاسية عنه في الزعانف التقليدية ، حيث كان يساوي 0.1959 للرغوة النحاسية و 0.1186 للزعانف. يكون عامل جودة المنطقة أعلى في حالة الزعانف من قيمته في حالة الرغوة النحاسية بمقدار 16.8%. تم اختبار قيم مسامية مختلفة خلال الدراسة تراوحت من 0.88 إلى 0.98 ، بينما تراوحت سرعة الهواء الداخل للمبادل الحراري من 1 م / ثا إلى 10 م / ثا. أظهرت النتائج النظرية أن زيادة المسامية من 0.88 إلى 0.98 أدت إلى انخفاض معامل انتقال الحرارة بنسبة 39٪ في حالة السرعة 10 م / ثا وبنسبة 30٪ في حالة السرعة 1 م / ثا. ينخفض هبوط الضغط خلال المبادل الحراري بنسبة 32٪ عند زيادة المسامية من 0.88 إلى 0.98 عند سرعة دخول هواء تبلغ 10 م / ثا. تم إجراء مقارنة بين النتائج العملية والنظرية حيث تبين أن نسبة النحراف بين النتائج لمعامل انتقال الحرارة كان 19.1٪ عندما كان رقم رينولدز يساوي 22650 ، و 19.2٪ عند رقم رينولدز يساوي 120800 ، و 19.2٪ برقم رينولدز يساوي 218940.