مطالعه مكانيسم انتقال حرارت جوشش محلول هاي نمكي سولفات كلسيم

این متن شامل 43 صفحه می باشد 

جوشش يكي از پديده هاي مهم فيزيكي است كه در فرآيندهاي صنعتي به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته و مي گيرد . در پديده جوشش ، حضور حباب ها ،‌مايع در حال جوش و نيز سطح جامد حرارت دهنده به عنوان سه فاز گاز ، مايع ، و جامد ايجاد محيطي مي كند كه از ديدگاه ترمو.ديناميك و نيز مكانيك سيالات ناهمگن خوانده مي شود كه اين نا همگني موجب پيچيدگي هاي فوق العاده اين مكانيسم با ساير مكانيسمهاي انتقال حرارت ـ مانند هدايت و جابجايي مي شود . در نتيجه ناهمگن بودن محيط انتقال حرارت جوشش ، مسيرمدل سازي رياضي و شبيه سازي اين پديده و نتيجتا پيش بيني ضريب انتقال حرارت جوش با موانع متعددي مواجه شده است .

در فرآيند جوشش ، پيچيدگي حاصل از ناهمگني محيط موجب مي شود تا به دنبال پاسخ به هر مجهولي ، مجهول يا مجهولات ديگري متولد گردد . بر اين اساس به نظر مي رسد پديده انتقال حرارت جوشش تا مدت هاي مديدي به موازات ساير علوم مورد مطالعه و پژوهش هاي باقي بماند .

در فرآيند جوشش ، همزماني مكانيسم هاي مختلف ، سبب بالا رفتن قابل ملاحضه ضريب انتقال حرارت جوشش د رمقايسه با ديگر مكانيسم هاي شناخته شده انتقال حرارت گرديده است . اين فرآيند ها عبارتند از :

- جابجايي اجباري

- تبخير لايه فيلم مايع اطراف حباب ها

- انتقال حرارت توسط جذب گرماي لازم براي تبخير سيال و تشكيل حباب [1]

- ميكروكنوكسيون در زير سطح حباب هاي تشكيل شده

از اين رو مكانيسم جوشش همواره به عنوان يك مكانيسم مناسب جهت انتقال بارهاي حرارتي سنگين در بسياري از فرآيندهاي صنعتي مورد استفاده قرارگرفته و مي گيرد . در اينجا مي توان به راكتورهاي اتمي ، دستگاههاي تهويه و تبريد ، برج هاي جذب و تقطير و همچنين ديگ هاي بخار به عنوان نمونه هاي متداولي از كاربرد فرآيند جوشش در مقياس صنعتي اشاره نمود .

فرآيند انتقال حرارت جوشش مايعات خالص با سه مكانيسم مختلف توجيه مي شود كه عبارتند از :

- فرآيند هاي مكانكي

- خواص شيمي ـ فيزيكي سطح جامد حرارت دهنده

- هيدروديناميك جريان چند فازي

دستگاه اندازه گيري ضريب انتقال حرارت جوشش استخري

اين وسيله آزمايشگاهي از اجزاء مختلفي تشكيل شده است كه امكان اندازه گيري و ثبت ضريب انتقال حرارت در شرايط جابجايي آزاد و نيز جوش استخري را در گستره وسيعي از شارهاي حرارتي تا 500000 واتبر متر مربع فراهم مي كند . عنصراصلي آن يك دستگاه گرمكن الكتريكي استوانه اي است كهدر وضعيت افقي درون مخزن اصلي جوش تعبيه شده است و توليد حرارت مي كند .

شار حرارتي q :

از آنجا كه گرمكن موجود در سيستم ، توان الكتريكي را به انرژي حرارتي تبديل مي كند، مقدار شار حرارتي را مي توان به صورت زير محاسبه كرد .

سطح انتقال حرارت ،‌A:

مقدار سطح انتقال حرارت توسط شركت سازنده گرمكن الكتريكي داده شده و مقدار آن معلوم است و نيازي به محاسبه ندارد .

دماي توده سيال T_B :

دماي توده سيال را مي توان با استفاده از يك دستگاه ترموكوپل ، اندازه گيري نمود . زوج سيم هاي خروجي از ترموكوپل به ترمينال هاي data acuiesition system متصل مي شود كه اين سيستم با لحاظ نمودن دماي محيط به كمك يك دستگاه ترميستور ، دماي توده سيال را محاسبه مي كند .

دماي سطح انتقال حرارت T_W

دماي سطح انتقال حرارت مشكل ترين پارامتر قابل اندازه گيري در سيستم محسوب مي شود . همانطور كه پيشتر شاره شد ، ترموكوپل جاسازي شده در سطح گرمكن الكتريكي در فاصله معني داري از سطح انتقال حرارت قراردارد و لازم است دماي واقعي سطح انتقال حرارت با انجام محاسباتي تصحيح شود . از آنجا كه اين فاصله بسيار كم است مي توان از معادله يك بعدي انتقال حرارت استفاده كرد كه در زير آمده است :

داده هاي آزمايشگاهي

داده هاي آزمايشگاهي از بانك هاي اطلاعاتي معتبر جمع آوري شده است همانطور كه داده هاي خام نشان مي دهد ، در شار حرارتي ثابت ، ضريب انتقال حرارت جوشش با افزايش زمان كاهش مي يابد كه اين كاهش را مي توان باافزايش ضخامت رسوب سولفات كلسيم روي سطح انتقال حرارت ودر نتيجه افزايش مقاومت حرارتي مرتبط دانست .

بحث و پيش بيني مكانيسم تشكيل رسوب

همانطور كه قبلا اشاره شد نمك سولفات كلسيم از جمله نمك هايي است كه نسبت به دما حلاليت منفي است . اين حلاليت منفي موجب مي شود در مجاورت سطح انتقال حرارت كه دماي آن بيشتر از دماي توده سيال است . حداكثر حلاليت موضعي سولفات كلسيم كاهش يابد نا جايي كه از حد اشباع فراتر رود.

مدل سازي رياضي

در مدل پيشنهادي حاضر ، از آنجا كه رسوبات تشكيل شده از نوع كريستالي هستند . از تابع زدايش رسوب صرف نظر ميگردد ، تابع زدايش در شارهاي حرارتي بسيار بالا مطرح مي شود .

محاسبه n_b

مقدار رسوب تشكيل شده در واحد سطح ـ زمان را مي توان از تقيم مستقيم شدت جريان جرمي تشكيل رسوب بر واحد زمان ، بر سطح كل انتقال حرارت به دست آورد :