| Περίληψη: | Οι εναλλάκτες θερμότητας είναι διατάξεις που έχουν ως σκοπό την μεταφορά θερμότητας από ή προς ένα σύστημα και είναι από τις πιο συχνά απαντώμενες στις τεχνικές κατασκευές. Ως εκ τούτου, υπάρχει μεγάλο ενδιαφέρον και είναι διαρκής η έρευνα για την βελτιστοποίησης της απόδοσής τους που έχει σαν αποτέλεσμα μεταξύ άλλων την μείωση του κόστους κατασκευής, λειτουργίας και του μεγέθους των εγκαταστάσεων. Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την διερεύνηση της ενίσχυσης του ρυθμού μεταφοράς θερμότητας με χρήση σωληνώσεων με εσωτερικές ελικώσεις. Αρχικά γίνεται μια εισαγωγή στους θερμικούς εναλλάκτες και παρουσιάζονται μεθοδολογίες που ενισχύουν τον συντελεστή μεταφοράς θερμότητας ενώ στην συνέχεια η εργασία εστιάζει στους θερμικούς εναλλάκτες κελύφους-σωλήνα που χρησιμοποιούν εσωτερικούς αγωγούς με εσωτερικές ελικώσεις ώστε να ενισχύσουν τον ρυθμό μεταφοράς θερμότητας, τεχνολογία η οποία δίνει ικανοποιητικά αποτελέσματα βάση προηγούμενων ερευνών. Στόχος της διπλωματικής εργασίας ήταν η μελέτη και ο σχεδιασμός μια πειραματικής διάταξης εναλλάκτη κελύφους-σωλήνα με χρήση εσωτερικού σωλήνα με ελικώσεις και η σύγκριση της απόδοσης με αντίστοιχο λείο σωλήνα. Μελετήθηκαν διατάξεις που περιλάμβαναν εσωτερικούς σωλήνες με ελικώσεις που έχουν διαφορετικά γεωμετρικά χαρακτηριστικά ( ύψος ελίκωσης e, γωνία ελίκωσης α, αριθμός ελικώσεων Ns) ώστε να διερευνηθεί η επίδρασή τους στον συντελεστή μεταφοράς θερμότητας και η επιπλέον πτώση πίεσης που προκαλείται. Στην συνέχεια ακολούθησε ο σχεδιασμός των εναλλακτών κελύφους-σωλήνα για νερό ως ρευστό λειτουργίας σε αντιπαράλληλη ροή με την δυνατότητα ρύθμισης των αρχικών συνθηκών του πειράματος σε ένα εύρος τιμών ( Αριθμός Reynolds 14000-33000 , παροχές 0,055 kg/s – 0,107 kg/s με θερμοκρασία του θερμού ρευστού από 40-60˚ C. Ο σχεδιασμός της διάταξης περιλαμβάνει το σύστημα μέτρησης με μια σειρά οργάνων (θερμοζεύγη, παροχόμετρα, διαφορικά μανόμετρα κλπ) για την συλλογή των απαραίτητων πειραματικών αποτελεσμάτων. Επιπλέον, έγινε θεωρητική μελέτη για τις διατάξεις με βάση υπολογιστικά μοντέλα για τον συντελεστή μεταφοράς θερμότητας και την πτώση πίεσης. Ακολούθως, κατασκευάστηκαν οι πειραματικές διατάξεις και έγιναν τα πειράματα στο εύρος των συνθηκών που αναφέραμε παραπάνω και εξάχθηκαν τα ζητούμενα αποτελέσματα. Με βάση τα διαγράμματα που προκύπτουν συμπεραίνουμε πως ο αριθμός Nusselt στον εναλλάκτη με εσωτερικές ελικώσεις είναι περίπου 2 φορές μεγαλύτερος ενώ η πτώση πίεσης είναι 1,5 φορές μεγαλύτερη σε σύγκριση με τον εναλλάκτη με τους λείους σωλήνες και η απόδοσή του είναι υψηλότερη της απόδοσης του λείου εναλλάκτη σε όλο το εύρος των πειραματικών μετρήσεων. Τέλος, γίνονται προτάσεις για επέκταση και βελτιστοποίηση της έρευνας.
|
|---|
