انتقال حرارت در توليد و توزيع بخار
در ادامه گزیده ای ازمقاله انتقال حرارت با بخار ذکر شده است. همچنین می توانید متن کامل مقاله را از لینک انتهای صفحه دانلود کنید.
دلایل استفاده از بخار
بخار، به عنوان پرمصرف ترین صورت انرژی در فرآیندهای صنعتی، گرمای مورد نیاز فرآیند، کنترل فشار، نیروی محرکه مکانیکی و امکان جداسازی اجزا را فراهم می کند و همچنین به عنوان یک منبع تامین آب برای بسیاری از واکنش های فرآیندی محسوب می شود .
تولید بخار در سیستم بخار
در بخش تولید بخار از یک بویلر جهت افزایش انرژی حرارتی و دمای آب ورودی و تبدیل آن به بخار استفاده می شود. انرژی مورد نیاز در بویلر از سوخت منابع سوختی فسیلی و یا گرمای تلف شده در فرآیندهای گرمایشی بازیافت و تامین می شود. بویلر با ایجاد یک سطح انتقال حرارت بین گرمای موجود و آب ورودی ( تغذیه )، بخار ایجاد می کند.
بخش های مهم سیستم تولید بخار عبارتند از :
- بویلر
- منبع سوخت
- سیستم هوای احتراق
- سیستم آب تغذیه
- سیستم تخلیه (Vent) گازهای خروجی
انتقال حرارت با بخار
عنوان مقاله : انتقال حرارت در تولید و توزیع بخار
دسته بندی: مقالات مهندسی بخار
در سیستم های گرمایشی بخار، هدف نهائی از تولید و توزیع بخار، انتقال حرارت به سطوح مربوطه است. به منظور محاسبه میزان بخار، فشار بخار و انرژی لازم جهت فرآیند مورد نیاز بوده و بدنبال آن اندازه دیگ بخار و سیستم توزیع بخار نیز تعیین می گردد.
روش های انتقال حرارت
-
هدایت
انتقال حرارت در اثر گرادیان دمای بین دو جسم جامد یا سیال ساكن، بر اثر هدایت رخ می دهد. مولكول های با انرژی بیشتر، انرژی خود را به مولكول های مجاور با انرژی كمتر انتقال می دهند. این پدیده در مایعات و گازها هم دیده می شود.
معادله مشخص کننده نرخ انتقال حرارت از نوع هدایت در حالت توزیع دمای خطی و پایدار و در یک جهت به شرح زیر نوشته می شود:
مشاهده کامل مطلب در قالب فایل پی دی اف (pdf)-حجم 931کیلو =
ضریب هدایت، جزء خواص مواد بوده و خود تابعی از دماست. جدول 1،2،5موجود در فایل پی دی اف بالا نشان دهنده تغییر ضریب هدایت مواد با تغییرات دما می باشد.
با دقت و نحوه انتقال حرارت هدایتی، بطور کلی میتوان گفت، هدایت در مواد جامد بیشتر از مایعات و در مایعات بیشتر از گازهاست.هوا دارای ضریب هدایت کمی است و بنابراین از آن بعنوان عایق در بسیاری از کاربردها (بطور مثال شیشه دو جداره) استفاده می شود.
-
همرفت
انتقال انرژی حرارتی بین یك سطح وسیال در حال حركت با دماهای مختلف به همرفت معروف است. همرفت می تواند بصورت طبیعی یا اجباری انجام پذیرد.
همرفت اجباری در زمان حرکت اجباری سیال بعلت نیروی خارجی مانند پمپ صورت می گیرد و همرفت طبیعی در اثر نیروهای ناشی از اختلاف چگالی داخل سیال رخ می دهد(بعلت تفاوت دمای قسمتهای محتلف سیال) انتقال حرارت در هنگام تغییر فاز مواد مثل جوشش یا تقطیر نیز در دسته همرفت قرار می گیرد.
-
تشعشع
انتقال حرارت ناشی از انتشار انرژی از سطوح، بشكل امواج الكترومغناطیس به تشعشع معروف است. تشعشع بین دو سطح یا جسم با دمای مختلف رخ داده و به ماده واسطی احتیاجی ندارد و در حقیقت در حالت خلاء بیشتر می گردد.
معادله عمومی انتقال حرارت
در اکثر موارد انتقال حرارت تنها با یک روش منتقل نشده و ترکیبی از دو یا سه روش مذکور است.
معادله عمومی محاسباتی جهت سطوح انتقال به شکل کامل در پی دی اف آمده است.
-
ضریب انتقال حرارت عمومی (u)
این ضریب در برگیرنده همزمان ضرایب همرفت و هدایت بین دو سیال است كه با یك دیواره از هم جداشده اند. این ضریب معادل معکوس مقاومت عمومی در برابر انتقال حرارت است که خود از مقاومتهای جزئی مختلف تشکیل شده است.
مقدار این ضریب به نحوه انتقال حرارت، خواص فیزیکی سیال، دبی سیال و نحوه قرارگیری سطوح انتقال حرارت بستگی دارد .محاسبه دقیق این ضریب بسیار پیچیده است و متاثر از پارامترهای مختلف و گاها ناشناخته است.
بنابراین در بسیاری از محاسبات روزمره از ضرایب جایگزین استفاده شده که توسط محاسبه و یا در آزمایشگاه بدست آمده اند.
-
اختلاف دما(AT)
در فرایندهای انتقال حرارت، اختلاف دمای سیال گرم وسرد نسبت به مكان و زمان متفاوت است و بنابراین از اختلاف دمای متوسط جهت محاسبات استفاده می شود. اختلاف دمای متوسط(rTm) در مبدل هایحرارتی به جهت جریانها بستگی دارد.
جهت جریانها ممکن است بصورت موازی و هم جهت، بصورت موازی و خلاف جهت و یا بصورت متقاطع باشد.
در مورد مبدل های حرارتی بخار، از آنجاییکه دمای اشباع بخار هنگام کندانس شدن ثابت است. جهت جریانها در پروفیل دما تاثیری ندارد.
با این وجود ، با عبور جریان ثانویه(گرم شونده)از روی سطوح انتقال حرارت قسمت اعظم تبادل حرارت در مسیر ابتدائی مبدل رخ داده و بصورت فزاینده تا خروجی کم می گردد. علت این امر بسادگی در نتیجه کاهش اختلاف دما در خروجی مبدل است.
شکل 1-5-2 نشان دهنده شماتیک منحنی دمائی بخار و آب می باشد. افزایش دمای ثانویه غیر خطی بوده و با محاسبات لگاریتمی بیان می شود.
بدین منظور متوسط اختلاف دما با متوسط اختلاف دمای لگاریتمی یا DTML یا mTr عنوان می شود. روش آسانتر(و با دقت کمتر) جهت محاسبات، احتساب متوسط اختلاف دمای جبری DTMA یا mTr می باشد.
در این روش فرض می گردد افزایش درجه حرارت سیال ثانویه بصورت خطی بوده و بسرعت و با تقریب خوب جهت محاسبات دستی استفاده می شود.(شکل 2،5،2 در pdf )
متوسط دمای جبری (DTMA) در مبدل های حرارتی برابر است با:
در مورد بخار که دمای سیال اولیه(بخار) در طی فرآیند ثابت است معادله به شکل زیر در می آید:
همچین متوسط اختلاف دمای لگاریتمی در سیستمهای بخار برابر است با:
در اغلب محاسبات فرض می گردد که ضریب انتقال حرارت عمومی با تغییر دما ثابت بوده و اتلافات حرارتی نادیده انگاشته می شود.
مثال 1-5-2 :
بمنظور گرمایش آب از دمایC..2 به دمای C..5 از بخار با فشار grab2 استفاده می شود. دمای اشباع بخار در این فشار برابر C.431 است.متوسط اختلاف دمای لگاریتمی برابر است با:
در صورتیکه اختلاف دمای ثانویه افزایش یابد تفاوت بین نتیجه دو روش فوق بیشتر خواهد شد.
موانع انتقال حرارت
علاوه بر جداره فلزی بین دو سیال، موانع دیگری مانند لایه های هوا، كندانس ورسوب و…وجود دارند. همچنین در طرف دیگر جداره ناقل حرارت (قسمت فرایند) نیز ممكن است لایه هائی از رسوب مواد ونیز لایه ساكن چسبیده به جدار موجود باشد.
تمیز نمودن مرتب و دائمی این لایه ها منجر به افزایش نرخ انتقال حرارت می شود. همچنین دقت در نحوه عملکرد مناسب بویلر و جلوگیری از رسوخ قطرات آب همراه سختی به سیستم بخار نیز در افزایش راندمان و کاهش ضخامت لایه های مذکور موثر است.
منبع مقاله: سایت اسپیراکس سارکو آمریکا
برای آگاهی از متن کامل این مقاله یکی از روش های ذیل را انتخاب نمایید:
مشاهده مطلب در قالب فایل پی دی اف (pdf)-حجم 931کیلو | ||||
مشاهده مطلب در قالب تصویر (jpg) |
توجه:
ذکر منبع مقالات این سایت در قالب تصویری و پی دی اف ارائه می گردد.