Abstrato

Um estudo sobre análise de desempenho e otimização de projeto de trocadores de calor de casco e tubo

Matemática Praveen*, Kumaraswamy KL

Trocadores de calor de casco e tubo têm importância especial em caldeiras, resfriadores de óleo, condensadores, pré-aquecedores. Eles também são amplamente utilizados em aplicações de processo, bem como na indústria de refrigeração e ar condicionado. A robustez e o formato de peso médio dos trocadores de calor de casco e tubo os tornam adequados para operações de alta pressão. O objetivo deste estudo é experimentar, validar e fornecer sugestões de design para otimizar o trocador de calor de casco e tubo (STHE). O trocador de calor é feito de material acrílico com 2 defletores e 7 tubos de aço inoxidável. O fluido quente flui dentro do tubo e o fluido frio flui sobre o tubo no casco. 4 termopares do tipo K foram usados ??para ler as temperaturas de entrada e saída dos fluidos quentes e frios. Experimentos foram realizados para várias combinações de taxas de fluxo de água quente e fria com diferentes temperaturas de entrada de água quente. As condições de fluxo são limitadas ao modelo de tamanho de laboratório da configuração experimental. Um código CFD comercial foi usado para estudar o campo de fluxo térmico e hidráulico dentro do casco e dos tubos. A metodologia CFD é desenvolvida para representar apropriadamente a física do fluxo e o procedimento é validado com os resultados experimentais. O fluxo turbulento no lado do tubo é observado para todas as condições de fluxo, enquanto o lado do casco tem fluxo laminar, exceto para temperaturas extremas de água quente. Portanto, o modelo de transição k-kl-omega foi usado para prever melhor o fluxo para casos de transição. O modelo k-epsilon realizável com função de parede de não equilíbrio foi usado para casos turbulentos. Os perfis de temperatura e velocidade são examinados em detalhes e observa-se que o fluxo permanece quase uniforme para os tubos, limitando assim a transferência de calor. Aproximadamente 2/3 ^do fluxo do lado do casco não circunda os tubos devido ao fluxo enviesado, contribuindo para a redução da transferência geral de calor e aumento da perda de pressão. Com base nessas descobertas, foi feita uma tentativa de aumentar a transferência de calor induzindo turbulência no fluxo do lado do casco. Os dois defletores foram girados em direções opostas um ao outro para obter mais circulação no fluxo do lado do casco e fornecer mais contato com a superfície do tubo. Várias posições dos defletores foram simuladas e estudadas usando análise CFD e os resultados são resumidos em relação à transferência de calor e perda de pressão.