شبیه‌سازی عددی تأثیر نوار پیچان بر جوشش زیرسرد در یک لوله‌ی عمودی

Abstract

جوشش زیرسرد در بسیاری از کاربردهای صنعتی رخ می‌دهد و ویژگی آن بالا بودن ضریب انتقال حرارت است. در این پژوهش، برای شبیه‌سازی عددی تأثیر نوارهای پیچان بر ضریب انتقال حرارت جوشش زیرسرد در یک لوله‌ی عمودی از نرم‌افزار 14ANSYS CFX استفاده شد. به منظور اعتبارسنجی، ابتدا کسر حجمی بخار پیش‌بینی شده برحسب افزایش انتالپی سیال در طول لوله با نتیجه‌های نرم‌افزار 5RELAP و نتیجه‌های آزمایشگاهی موجود در منابع برای لوله‌ی صاف مقایسه شد. نرم‌افزار 5RELAP به طور گسترده در محاسبه‌های ترموهیدرولیک رآکتورهای هسته‌ای استفاده می‌شود. این نرم‌افزار که یک بُعدی است و از یک روش عددی ضمنی سریع استفاده می‌کند، شش معادله را در حالت گذرا برای جریان دوفازی در حالت غیرتعادلی و غیرهمگن حل می‌کند و قابلیت شبیه‌سازی انتقال حرارت دو فازی با نوار پپچان را ندارد. اثر نوار پیچان در افزایش ضریب انتقال حرارت جوشش زیرسرد در یک لوله‌ی عمودی به طول 2 متر و قطر 154 میلی‌متر با استفاده از نرم‌افزار 14CFX شبیه‌سازی شد. فشار و شار حرارتی به ترتیب، bar 45 و 2-MW m 57/0 و محدوده‌ی گام نوار پیچان 04/0 تا 16/0 متر است. مقایسه‌ی کسر حجمی بخار پیش‌بینی شده، با داده‌های تجربی از تطابق خوبی برخوردار است. مشاهده شد که با کاهش گام پیچش، ضریب انتقال حرارت و افت فشار افزایش می‌یابد. هم‌چنین در محدوده‌ی گام پیچش بررسی شده، محاسبه‌ی ضریب عملکرد نشان داد که نوار پیچشی با گام 08/0 متر دارای عملکرد بهینه است.