مرور و ارزیابی معادلات عملکردی و شبیه‌سازی جریان تک فاز در مبدل‌های حرارتی مجهز به دستگاه‌های اختلاط ایستای کنیکس

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، دانشکده فنی و مهندسی

2 پژوهشگاه صنعت نفت

چکیده

مبدل‌های پوسته لوله‌ای پر کاربردترین نوع مبدل‌ها در صنایع می‌باشند. با توجه به وسعت کاربرد این مبدل‌ها محققین تلاش‌های فراوانی در جهت افزایش راندمان و کارایی آنها انجام داده‌اند. یکی از موفق‌ترین روش‌های افزایش کارایی حرارتی نصب دستگاه‌های اختلاط ایستا درون لوله‌های مبدل است. در این مقاله ضمن ارزیابی معادلات عملکردی دستگاه‌های اختلاط کنیکس، با بهره‌گیری از محاسبات دینامیکی سیال (CFD) و شبیه‌سازی نحوه عملکرد دستگاه‌های اختلاط کنیکس در مبدل‌های حرارتی پوسته لوله‌ای برای جریان تک فاز دارای رژیم‌های آرام و درهم، مطمئن‌ترین معادلات لازم برای طراحی این نوع مبدل‌ها انتخاب و معرفی شده است. با استفاده از این روش می‌توان تعداد واحد بهینه مورد نیاز از این نوع دستگاه‌ها را برای یک عملکرد مشخص تعیین نمود.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of Performance Correlations and Simulation of Single-phase Shell and Tube Heat Exchangers Equipped with Kenics Static Mixers

نویسندگان [English]

  • Haleh Lotfalinejad 1
  • Mohammadreza Jafarinasr 2
1 Technical and Engineering Faculty, Research and Development Unit of Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 Research Institute of Petroleum Industry, Tehran, Iran
چکیده [English]

Shell and tube heat exchangers are widely used in industries. These heat exchangers have their own limitations and special working conditions. They have always been designer’s first choice because of their advantages such as available design standards and ability to handle a wide range of heat duties. Design engineers have made a lot of effort to increase the performance of shell and tube heat exchangers. The installation of static mixers is one of the most effective ways to enhance heat transfer in the tube side of heat exchangers. In this study, by the evaluation and modification of performance correlations given for static mixers, the more reliable ones have been identified. In addition, using CFD, velocity, temperature, and pressure profiles for both laminar and turbulent regimes have been studied. For a typical case study, the heat transfer and flow pattern of water flow inside a tube equipped with six helical Kenics inserts have finally been analyzed.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Shell and Tube Heat Exchanger
  • Kenics Static mixer
  • Correlation
  • Simulation
  • Single Phase Laminar and Turbulent Regime

 

[1]. Masiuk S. and Rakoczy R., Heat Transfer in a Static Mixer With a Novel Mixing Device, 5th European Thermal Science Conference The Netherlands, 2008.

2- جعفری‌نصر م.ر.، ذوقی ع. ت. و خاکدامن ح.ر.، «توسعه یک شاخص مناسب به منظور ارزیابی عملکرد فناوری افزایش انتقال حرارت در طراحی مبدل‌های حرارتی»، فصل‌نامه تحقیق، شماره 43، زمستان 1380.

3- جعفری‌نصر، م.ر. و علایی س. ه. «فناوری‌های نوین در بهبود عملکرد مبدل‌های حرارتی»، مرکز نشر پژوهشگاه صنعت نفت، 1390.

[4]. Raulin D., Le Blevec M., Bousquet J. and Tanguy P. A., “A Comparative Assessment of the Performance of the Kenics and SMX Static Mixers”, Trans IChemE, Vol. 78, Part A, Apr. 2000.

[5]. Fradette L, Li H. Z, Choplin L. and Tanguy P, “3D finite Element Simulation of Fluids Flow Through a SMX Static Mixer”, Comp Chem Eng, 22: S759-S761, 1998

[6]. Bakker A and LaRoche R, Flow and Mixing with Kenics Static Mixers, Cray Channels, 15: 25, 1993

[7]. Byrde O. and Sawley M. L., “Optimization of a Kenics Static Mixer for Non-Creeping Flow Conditions”, Chem Eng J,72: 72: pp. 163-169, 1999

[8]. Hobbs D. M, Swanson P. D. and Muzzio F. J., “Numerical Characterization of Low Reynolds Number Flow in the Kenics Static Mixer” Chem Eng Sci, 53: pp. 1565-1584, 1998

[9]. Rauline D., Tanguy P. A., Blevec J. M. and Bousquet J., “Numerical Investigation of the Performance of Several Static Mixers”, The Can J Chem Eng 78: 527-535, 1998

[10]. Khosravi Rahmain R., Three – Dimensional Numerical Simulation and Performance Study of an Industrial Helical Static Mixer, PhD Thesis, the University of Toledo, Dec. 2004.

[11]. kumar V., Shike V. and K. Nigam D. P., “Performance of Kenics Static Mixer Over a Wide Range of Reynold Number” , Chemical Engineering Journal, Vol. 139, pp. 284 – 295, 2008.

[12]. Lisboa P. F., Fernandse J., Simoes P. C., Mota G. P. B. and Soatdjian E., “Computational Fluid Dynamics Study of Kenics Static Mixer as Heat Exchanger for Supercritical Carbon Dioxide”, The Journal of Supercritical, Vol. 55, pp. 107 – 115, 2010.

[13]- جعفری‌نصر م. ر.، اربابان ا. «ارزیابی معادلات عملکردی وسایل اختلاط استاتیکی و تأثیر به کارگیری آنها در طراحی مبدل حرارتی پوسته لوله‌ای»، فرآیندنو ، شماره 3، صفحات 18-24، 1384.

[14]. Al Atabi M., Design and Assessment of a Novel Static Mixer Device, International Conference on Energy and Environment, 2006.

[15]. Guojun X., Lianfang F., Yunming L. and Wang K., “Pressure Drop of Pseudo – Plastic Fluids in Static Mixers”, Chinese Journal of Chemical Engineering, Vol. 1, pp. 93– 96, 1997.

[16]. Thakur R. K, Vial Ch., Nigam K. D. P. and Nauman E.B, “Static Mixers in the Process Industries-A Review”, Institution of Chemical Engineering, Trans IChemE, Vol. 81, Part A, August, 2003.

[17]. Joshi P., Nigam K. P. D and Bruce Nauman E., “The Kenics Static Mixers: New Data and Proposed Correlations”, The Chemical Engineering Journal, Vol. 59, pp. 265 – 271, 1995.

[18]. Luong Thi Cam Tu, “Pressure Drop and Heat Transfer for Laminar Flow in Kenics Static Mixers”, Procesni a Zpracovatelska technika, Vol. 56, pp. 108-123, 2002.

[19]. Ishikawa T. and Kamiya T., “Limits of  Reynolds Number for Effective Use of  Heat Transfer Promoters –Twisted Tape  and  Static  Mixer”, Heat transfer, Japanese research, Vol. 23, No. 2, pp. 185-197, 1994.

[20]. Lecjaks Z., Machac I., “Pressure Loss in Fluids Flowing in Pipes Equipped with Helical Screws”, Int. Chem Eng, Vol. 27, No.2, pp. 205-209,1987.

[21]. Jaworski Z. and Pianko Oprysh P., “Two – Phase, Laminar  Flow Simulation in a Kenics Static Mixers, The Standard Eulerian and Lagrangian Approaches”, Chemical Engineering Research and Design, Vol. 80, pp. 910 – 916 , November 2002.

[22]. Szalai E. S. and Muzzio F. J., “Validation of the ORCA CFD Software Using SMX and Kenics Static Mixer Elements”, Vol. 67, pp. 234-254, also available in ww.acusim.com/paper/static_mixer.pdf, Jan. 2002.