تم انجاز رسالة الماجستير للطالب فاضل عبد علاوي في قسم الهندسة الكيمياوي بحثه الموسوم ” الحسابات والتحاليل للمبادل الحراري ذوالقشرة والانابيب المتداخلة المتمركزة “وبأشراف أ.م.د بسمة عباس عبد المجيد وتألفت لجنة المناقشة برئاسة د. ماجد ابراهيم عبد الوهاب وعضوية كل من د. جمال مانع علي, د. أسرار عبد الله حسن.
وتلخص بحثه بما يلي :
يعد هذا النوع من المبادلات الحرارية ) القشرة والانبوب ) من أهم الأنواع وبالخصوص عندما تكون هنالك كميات كبيرة من السوائل بحاجة إلى نقل الحرارة منها أو إليها وبإستمرار.
يتضمن هذا البحث اعداد التصاميم الهيدروحرارية لمبادل حراري جديد (القشرة والأنابيب المتداخلة المتمركزة). لذلك قسم البحث الى قسمين رئيسيين هما الجانب العملي و الجانب النظري.
الجانب العملي تضمن تصميم و بناء المنظومة المختبرية المتكاملة لهذا المبادل الحراري الجديد ثم دراسة ادائها وكفائتها. تتكون المنظومة من المبادل الحراري, خزاني الدهن مع المسخنات, خزان الماء, منظومة الضخ و التدوير, اجهزة القياس و لوحة السيطرة . تم تصميم هذا المبادل على اساس الجريان المتعاكس الاتجاه, حيث يمررالدهن الساخن عبر الانابيب المتداخلة وعبرالقشرة بينما الماء البارد يمررعبرالتشكيل الجديد الحاصل بين حزمتي الانابيب المتداخلة.
ان المبادل الحراري الجديد صمم على طريقة Kern Method)) حيث تم استخدام دهن ساخن ذو تدفق حجمي وماء بارد ذو تدفق حجمي وان الدهن الساخن درجة حرارة دخوله للمبادل عند(˚C110) وخروجه من المبادل عند (˚C60) بينما الماء البارد درجة حرارة دخوله عند(˚C20) وخروجه عند(˚C30).
المتغيرات التي تم قياسها من التجارب العملية هي درجة الحرارة و معدل الجريان للدهن الساخن ومعدل الجريان للماء البارد والضغط قبل و بعد المبادل الحراري الجديد. مديات درجة الحرارة للدهن الساخن من ˚C) 80) الى (˚C120), وبزيادة مقدارها( ˚C10) , لكل مرحلة. كما تم في كل قراءة تغيير معدل الجريان للدهن الساخن من m3/h) 1.2) الى (3.6 m3/h), وبزيادة مقدارها ((0.3 m3/h لكل مرحلة. كذلك بالنسبة للماء البارد حيث تم تغيير معدل جريانه من(2.4 m3/h) إلى (4.8 m3/h), وبزيادة مقدارها (1.2 m3/h)لكل مرحلة.
تم اجراء مقارنة بين النتائج العملية والنظرية للمبادل الجديد ووجد ان النتائج العملية افضل من النتائج النظرية حيث ان نسبة الخطأ بالنسبة لدرجة حرارة الدهن الساخن الخارجة من المبادل هي (-1.6%), ونسبة الخطأ بالنسبة لهبوط الضغط في ال(shell)هي (17.2%), وكانت نسبة الخطأ بالنسبة لهبوط الضغط في الانابيب المتداخلة هي ( (-39%.اما بالنسبة للماء البارد فقد كانت نسبة الخطأ هي ((-3.3% بالنسبة لدرجة حرارة الماء الخارج من المبادل ونسبة الخطأ بالنسبة لهبوط ضغط الماء المار في التشكيل الجديد الحاصل من الانابيب المتداخلة هي 18%)), اما بالنسبة لمقدارالطاقة الكلية المصروفة فقد كانت نسبة الخطأ (-10.8%).
هذا البحث تضمن مقارنة نظرية بين تصميم المبادل الحراري الجديد والمبادل التقليدي من حيث الطول, الوزن ,هبوط الضغط ومقدار الطاقة الكلية المصروفة.
وجد ان طول المبادل الحراري الجديد ينخفض بنسبة حوالي 63% من طول المبادل التقليدي عند استخدام نفس معدل التدفق الحجمي ,وفي حالة استخدام انابيب جدرانها ذات توصيلية حرارية عالية(انابيب نحاسية) ينخفض طول المبادل الحراري الجديد بنسبة 70%.
وقد وجد ان وزن المبادل الحراري الجديد ينخفض بنسبة حوالي 46% من وزن المبادل التقليدي عندما يكون معدل التدفق الحجمي لكلا المبادلين .
هبوط الضغط في ال ((shell بالنسبة للمبادل الحراري الجديد ينخفض بشكل كبير جدا وتصل نسبة الانخفاض الى 85% عن هبوط الضغط في المبادل التقليدي.
ان كمية الطاقة الكلية المصروفة في المبادل الحراري الجديد تكون قليلة جدا وتكاد تهمل حيث ان قيمتها لاتتجاوز (0.048 W) في حالة المبادل الحراري يعمل على معدل تدفق حجمي هو .
وتلخص بحثه بما يلي :
يعد هذا النوع من المبادلات الحرارية ) القشرة والانبوب ) من أهم الأنواع وبالخصوص عندما تكون هنالك كميات كبيرة من السوائل بحاجة إلى نقل الحرارة منها أو إليها وبإستمرار.
يتضمن هذا البحث اعداد التصاميم الهيدروحرارية لمبادل حراري جديد (القشرة والأنابيب المتداخلة المتمركزة). لذلك قسم البحث الى قسمين رئيسيين هما الجانب العملي و الجانب النظري.
الجانب العملي تضمن تصميم و بناء المنظومة المختبرية المتكاملة لهذا المبادل الحراري الجديد ثم دراسة ادائها وكفائتها. تتكون المنظومة من المبادل الحراري, خزاني الدهن مع المسخنات, خزان الماء, منظومة الضخ و التدوير, اجهزة القياس و لوحة السيطرة . تم تصميم هذا المبادل على اساس الجريان المتعاكس الاتجاه, حيث يمررالدهن الساخن عبر الانابيب المتداخلة وعبرالقشرة بينما الماء البارد يمررعبرالتشكيل الجديد الحاصل بين حزمتي الانابيب المتداخلة.
ان المبادل الحراري الجديد صمم على طريقة Kern Method)) حيث تم استخدام دهن ساخن ذو تدفق حجمي وماء بارد ذو تدفق حجمي وان الدهن الساخن درجة حرارة دخوله للمبادل عند(˚C110) وخروجه من المبادل عند (˚C60) بينما الماء البارد درجة حرارة دخوله عند(˚C20) وخروجه عند(˚C30).
المتغيرات التي تم قياسها من التجارب العملية هي درجة الحرارة و معدل الجريان للدهن الساخن ومعدل الجريان للماء البارد والضغط قبل و بعد المبادل الحراري الجديد. مديات درجة الحرارة للدهن الساخن من ˚C) 80) الى (˚C120), وبزيادة مقدارها( ˚C10) , لكل مرحلة. كما تم في كل قراءة تغيير معدل الجريان للدهن الساخن من m3/h) 1.2) الى (3.6 m3/h), وبزيادة مقدارها ((0.3 m3/h لكل مرحلة. كذلك بالنسبة للماء البارد حيث تم تغيير معدل جريانه من(2.4 m3/h) إلى (4.8 m3/h), وبزيادة مقدارها (1.2 m3/h)لكل مرحلة.
تم اجراء مقارنة بين النتائج العملية والنظرية للمبادل الجديد ووجد ان النتائج العملية افضل من النتائج النظرية حيث ان نسبة الخطأ بالنسبة لدرجة حرارة الدهن الساخن الخارجة من المبادل هي (-1.6%), ونسبة الخطأ بالنسبة لهبوط الضغط في ال(shell)هي (17.2%), وكانت نسبة الخطأ بالنسبة لهبوط الضغط في الانابيب المتداخلة هي ( (-39%.اما بالنسبة للماء البارد فقد كانت نسبة الخطأ هي ((-3.3% بالنسبة لدرجة حرارة الماء الخارج من المبادل ونسبة الخطأ بالنسبة لهبوط ضغط الماء المار في التشكيل الجديد الحاصل من الانابيب المتداخلة هي 18%)), اما بالنسبة لمقدارالطاقة الكلية المصروفة فقد كانت نسبة الخطأ (-10.8%).
هذا البحث تضمن مقارنة نظرية بين تصميم المبادل الحراري الجديد والمبادل التقليدي من حيث الطول, الوزن ,هبوط الضغط ومقدار الطاقة الكلية المصروفة.
وجد ان طول المبادل الحراري الجديد ينخفض بنسبة حوالي 63% من طول المبادل التقليدي عند استخدام نفس معدل التدفق الحجمي ,وفي حالة استخدام انابيب جدرانها ذات توصيلية حرارية عالية(انابيب نحاسية) ينخفض طول المبادل الحراري الجديد بنسبة 70%.
وقد وجد ان وزن المبادل الحراري الجديد ينخفض بنسبة حوالي 46% من وزن المبادل التقليدي عندما يكون معدل التدفق الحجمي لكلا المبادلين .
هبوط الضغط في ال ((shell بالنسبة للمبادل الحراري الجديد ينخفض بشكل كبير جدا وتصل نسبة الانخفاض الى 85% عن هبوط الضغط في المبادل التقليدي.
ان كمية الطاقة الكلية المصروفة في المبادل الحراري الجديد تكون قليلة جدا وتكاد تهمل حيث ان قيمتها لاتتجاوز (0.048 W) في حالة المبادل الحراري يعمل على معدل تدفق حجمي هو .
