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

الموضوعات : یافته های نوین کاربردی و محاسباتی در سیستم های مکانیکی

علی منصوری مقرب ¹ (گروه مهندسی شیمی دانشکده فنی و مهندسی واحد تهران جنوب دانشگاه آزاد تهران ایران)
مهدی ارجمند ² (گروه مهندسی شیمی واحد تهران جنوب دانشگاه آزاد تهران ایران)
جعفر توفیقی داریان ³ (گروه فرایند دانشکده مهندسی شیمی دانشگاه تربیت مدرس تهران ایران)
فرهاد خراشه ⁴ (دانشکده مهندسی شیمی ونفت دانشگاه صنعتی شریف تهران ایران)

تاريخ الإرسال : 19 الأربعاء , ربيع الثاني, 1443 تاريخ التأكيد : 10 الأحد , شعبان, 1443 تاريخ الإصدار : 19 الأحد , رجب, 1443

الکلمات المفتاحية: زیر لایه ویسکوز, فین, راکتور شکست حرارتی هیدرو کربنها, انتقال حرارت, افت فشار,

ملخص المقالة :

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.

المصادر:

[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