ارائه روشی نوین جهت بهبود انتقال حرارت در راکتورهای شکست حرارتی هیدروکربن ها

محورهای موضوعی : یافته های نوین کاربردی و محاسباتی در سیستم های مکانیکی

علی منصوری مقرب ¹ , مهدی ارجمند ² , جعفر توفیقی داریان ³ , فرهاد خراشه ⁴

1 - گروه مهندسی شیمی دانشکده فنی و مهندسی واحد تهران جنوب دانشگاه آزاد تهران ایران
2 - گروه مهندسی شیمی واحد تهران جنوب دانشگاه آزاد تهران ایران
3 - گروه فرایند دانشکده مهندسی شیمی دانشگاه تربیت مدرس تهران ایران
4 - دانشکده مهندسی شیمی ونفت دانشگاه صنعتی شریف تهران ایران

تاریخ دریافت : 1400/09/03 تاریخ پذیرش : 1400/12/22 تاریخ انتشار : 1400/12/01

کلید واژه: زیر لایه ویسکوز, فین, راکتور شکست حرارتی هیدرو کربنها, انتقال حرارت, افت فشار,

چکیده مقاله :

چکیده: در این مقاله که به کاربرد پدیده های میان رشته ای می پردازد به بررسی روشهای نوین بهبود انتقال حرارت مبدلهای حرارتی در مهندسی مکانیک پرداخته شده سپس به کاربرد این روشها در راکتورهای شیمیایی می پردازد. از آنجا که در یک راکتور شیمیایی علاوه بر انتقال حرارت و افت فشار که دو مقوله مهم در مبدلهای حرارتی به شمار می روند, واکنش شیمیایی نیز اضافه می شود لذا استفاده از روشهای بهبود انتقال حرارت با حساسیت بیشتر بررسی می شوند به طوری که کمترین افت فشار و بیشترین انتقال حرارت را داشته باشند. در این تحقیق استفاده از فینهای طولی مستقیم و مارپیچ در راکتورهای شکست حرارتی بررسی شد و مشخص گردید که هر کدام از این نوع فینها باعث افزایش افت فشار در اثر نیروی اصطکاک یا نیروی درگ می شوند که تاثیر منفی بر واکنش شیمیایی دارند. سپس با انجام محاسبه ضخامت زیر لایه ویسکوز برای سیال گازی با ارائه روشی نوین درتبدیل رژیم جریان در کنار دیواره از آرام به مغشوش با انجام شبیه سازی CFD شیارهای محیطی در یک لوله وسپس جمع بندی و نتیجه گیری پیشنهاد شد که با استفاده از شیارهای کوچک در جداره راکتور می توان علاوه بر کاهش افت فشار ناشی از نیروی درگ. با افزایش مولفه شعاعی سرعت به میزان بیش از 3 برابر لوله صاف انتقال حرارت از جداره لوله به سیال را درزیر لایه ویسکوز بهبود بخشید.

چکیده انگلیسی:

This article which deals with the application of interdisciplinary phenomena,New methods of improving heat transfer of heat exchangers in mechanical engineering have been studied It then applies these methods to chemical reactors.Because in a chemical reactor, in addition to heat transfer and pressure drop, which are two important categories in heat exchangers, a chemical reaction is also added.Therefore, the use of heat transfer improvement methods are examined with more sensitivity so that they have the least pressure drop and the highest heat transfer.In this study, the use of straight and helical longitudinal fins in thermal cracking reactors was investigated And it was found that each of these types of fins increase the pressure drop due to friction or drag force Which have a negative effect on the chemical reaction.Then, by calculating the thickness of the viscous sub lary layer for the gaseous fluid by presenting a new method in converting the flow regime along the wall from laminar to turbulent By performing CFD simulation of peripheral grooves in a pipe Then a conclusion was suggested By using small grooves in the reactor wall can be in addition to reducing the pressure drop caused by drag force,By increasing the radial component of the velocity by more than 3 times the smooth tube, the heat transfer from the pipe wall to the fluid in the boundary layer was improved.

منابع و مأخذ:

[1] Meng, H., Liang, G., Shuguang, Z., Gang, W., & Yanbo, L., (2011),Hydrodynamics Performances
in Cracking Furnace Tube with Twisted Slice: Experiments and Simulations. . in International
Conference in Computer Distributed Control and Intelligent Environmental Monitoring.IEEE.

 [2] Heinz Zimmermann, R.W., (2012),Ethylene, in ullmann's encyclopedia of industrial chemistry, 13.
pp 66.

[3] Ahsan, M., (2014), Numerical analysis of friction factor for a fully developed turbulent flow using
k–ε turbulence model with enhanced wall treatment. . Beni-Suef University journal of basic and
applied sciences. 3(4), pp 269-277.

[4] Nagayama, G., Matsumoto, T., Fukushima, K., & Tsuruta, T., (2017), Scale effect of slip boundary
condition at solid–liquid interface, Scientific Reports,. p. 43125.

[5] Fu, Y., C. Yuan, and X. Bai, (2017), Marine drag reduction of shark skin inspired riblet surfaces. .
Biosurface and Biotribology,. 3(1), pp 11-24.

[6] Heynderickx, G ,.G.Cornelis,and G.Froment, (1992), Circumferential tube skin temperature profiles in thermal cracking coils. AIChE journal. 38(12), pp. 1905-1912.

[7] Schietekat, C. M., Van Goethem, M. W., Van Geem, K. M., & Marin, G. B., (2014), Computational
fluid dynamics‐based design of finned steam cracking reactors. . AIChE Journal. 60(2): p. 794-808.

[8] Schietekat, C. M., Van Goethem, M. W., Van Geem, K. M., & Marin, G. B., (2014), Swirl flow tube reactor technology: An experimental and computational fluid dynamics study. Chemical Engineering Journal. 238: p. 56-65.

[9] Vandewalle, L. A., Van Cauwenberge, D. J., Dedeyne, J. N., Van Geem, K. M., & Marin, G. B.,
(2017) ,Dynamic simulation of fouling in steam cracking reactors using CFD. Chemical Engineering Journal. 329, pp 77-87.

[10] Cengel, Y. (2003). Heat Transfer A Practical Approach, WCB McGraw-Hill. Ellison, New York,
609.

[11] Bergman, T. L., Bergman, T. L., Incropera, F. P., Dewitt, D. P., & Lavine, A. S. (2011).
Fundamentals of heat and mass transfer. John Wiley & Sons