فهرست مطالب

فصل اول- معرفی مخلوط کنهای استاتیکی………………………………………………………2

مکانیسم اختلاط در مخلوط کنهای استاتیکی………………………………………………………………………………. 3 کاربردها…………………………………………………………………………………………………………………………. 3

جنس مواد ساختمانی آنها…………………………………………………………………………………………………… 4

انواع همزن ساکن……………………………………………………………………………………………………………. 4

فصل دوم- ارزیابی معادلات عملکردی در وسایل اختلاط استاتیکی

ارزیابی عملکرد مخلوط کنهای استاتیکی………………………………………………………………………………..10

فصل سوم مقایسه معادلات عملکردی حرارتی و هیدرولیکی
فصل چهارم- طراحی وشبیه سازی مخلوط کنهای استاتیکی

طراحی و انتخاب همزن ساکن…………………………………………………………………………………………… 34

طراحی همزن ساکن ………………………………………………………………………………………………………..35

یکنواختی …………………………………………………………………………………………………………………….35

افت فشار…………………………………………………………………………………………………………………… 40

انتقال حرارت………………………………………………………………………………………………………………. 34

توزیع زمان اقامت…………………………………………………………………………………………………………. 54

انتقال جرم و اندازه قطرات …………………………………………………………………………………………………64

شبیه سازی مخلوط کنهای استاتیکی……………………………………………………………………………. ………50

طراحی مساله ………………………………………………………………………………………………………………50

مراحل حل مساله………………………………………………………………………………………………………….. 51

روش حل مساله…………………………………………………………………………………………………………… 52

معادلات حاکم ……………………………………………………………………………………………………………..52
هندسه و شبکه بندی…………………………………………………………………………………………………….. 45

روش حل………………………………………………………………………………………………………………….. 55

الگوی جریان………………………………………………………………………………………………………………. 75

افت فشار …………………………………………………………………………………………………………………..06

فصل پنجم تدوین الگوریتم به کارگیری مخلوط کنهای استاتیکی در طراحی مبدل

الگوریتم عمومی…………………………………………………………………………………………………………… 46

روش طراحی سریع ………………………………………………………………………………………………………..76

ارتباط بین الگوریتمRDA و معادلات عملکردی………………………………………………………………………………96

الگوریتم طراحی مبدل………………………………………………………………………………………………………. 37

تاثیر به گارگیری مخلوط کنهای استاتیکی در طراحی مبدل……………………………………………………………..47
نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………………………….77
مراجع……………………………………………………………………………………………………………………… 78

فهرست جدول ها

2-1.جدول: دامنه کارکرد معادلات تجربی پیش بینی کننده عملکردمخلوط کنهای استاتیکی ارائه شده توسط محققین ………………………………………………………………………………………………………………………………… 15

2-2. جدول:معادلات پیش بینی کننده افت فشار مخلوط کنهای استاتیکی …………………………………………..16
2-3.جدول: معادلات پیش بینی کننده انتقال حرارت مخلوط کنهای استاتیکی ……………………………………… 91
4-1. جدول: جدول COV اختلاط براساس توزیع غلظت…………………………………………………………………. 73
4-2.جدول: راهنمای انتخاب همزن مارپیچ …………………………………………………………………………….. 83
4-3.جدول:راهنمای انتخاب همزن های مارپیچی و همزنهای اختلاط موثر…………………………………………. 39
4-4.جدول:اعداد Ne و NeRe در انواع مختلف همزنهای ساکن ……………………………………………………… 42
4-5.جدول:ثابتهای 1C و 2C برای روابط ناسلت ………………………………………………………………………. 34
4-6.جدول: مقایسه نتایج CFD با برخی از معادلات عملکرد هیدرولیکی ……………………………………………. 16

فهرست شکل ها
1-1.شکل: انواع همزنهای ROSS و سایر…………………………………………………………………………………….5
1-2. شکل:انواع مخلوط کن استاتیکی کنیکس ……………………………………………………………………………..7
1-3. شکل: انواع مخلوط کن Sulzer ……………ا…………………………………………………………………………….8
2-1.شکل: ساختمان یک واحد از اختلاط کننده های استاتیکی ……………………………………………………………12
3-1.شکل: مقایسه معادلات فاکتور اصطکاک با اطلاعات تجربی Ishikawa,T.Kamiya…..ا………………………………26
3-2.شکل: مقایسه معادلات فاکتور اصطکاک با اطلاعات تجربی Lecjaks………………ا………………………………….27
3-3. شکل: مقایسه معادلات پیش بینی کننده انتقال حرارت……………………………………………………………….72
3-4.شکل: مقایسه معادلات پیش بینی کننده انتقال حرارت………………………………………………………………..28
3-5.شکل:مقایسه معادلات پیش بینی کننده انتقال حرارت ………………………………………………………………..92
3-6.شکل: مقایسه معادلات پیش بینی کننده انتقال حرارت………………………………………………………………..30
3-7.شکل: مقایسه معادلات پیش بینی کننده انتقال حرارت…………………………………………………………………30
3-.8.شکل: مقایسه معادلات پیش بینی کننده انتقال حرارت ………………………………………………………………13
4-.1.شکل: اطلاعات طراحیCOV برای همزن مارپیچی……………………………………………………………………73
4-.2.شکل: یکنواختی در انواع مختلف همزن ساکن به عنوان تابعی از طول وابسته همزن درالف- جریان درهم ب- جریان آرام…………………………………………………………………………………………………………………………………83

4-3.شکل: وابستگی K به عدد رینولدز و قطر لوله…………………………………………………………………………..04
4-4. شکل: عدد نیوتن به عنوان تابعی از عدد رینولدز در انواع مختلف همزن ساکن. ……………………………………42
4-5. شکل: مقایسه انتقال حرارت در همزنهای ساکن در برابر انتقال حرارت لوله معمولی باز)………………………………………………………………………………………………………………………………….43

4-6. شکل: توزیع زمان اقامت در راکتورهای متفاوت …………………………………………………………………………54
4-7. شکل: مخلوط کن استاتیکی کنیکس……………………………………………………………………………………..54
4-.8.شکل: همگرایی معادلات در حل عددی جریان ………………………………………………………………………….65
4-9. شکل: توسعه لایه مرزی در سطح مقطعهای متعدد…………………………………………………………………….75
4-01.شکل: کانتور عدد رینولدز به ترتیب در ورودی مقطع میانی و خروجی لیست ……………………………………….85
4-21.شکل: کانتور سرعت در سطح مقطع لوله در جزء چهارم ……………………………………………………………..95
4-31.شکل: کانتور افت فشار در طول لوله……………………………………………………………………………………..06
4-.41.شکل: مقایسه افت فشار خروجی در لوله باز و حاوی کنیکس ………………………………………………………61
5-.1.شکل: مقایسه ASM/AP در جریان آرام، گذرا و توربولنت ……………………………………………………………….74
5-.2.شکل: مقایسه هزینه ساخت مبدل در صورت نصب و یا عدم نصب مخلوط کنهای استاتیکی………………………57
5-3. شکل: تاثیر رژیم جریان بر روی نسبت هزینه ساخت…………………………………………………………………….76

فصل اول
عملیات اختلاط در اکثر فرایندهای شیمیایی از جمله اولین و مهمترین بخشهای فرایند است. در طول سالیان گذشته همواره تانکهای اختلاط وظیفه ایجاد مخلوط های مورد نظر را در فرایند های پیوسته و ناپیوسته به عهده داشتند. اما در طی 35 سال گذشته فن آوری استفاده از همزن های ساکن در فرایندهای صنایع شیمیایی به تکامل رسیده است. این نوع همزنها علاوه بر اختلاط، سبب افزایش انتقال جرم و حرارت گشته و در بسیاری از مبدلها به منظور افزایش راندمان حرارتی نصب می گردند.این تجهیزات به علت هزینه پایین، نگهداری آسان و اشغال فضای کم در واحد طرفداران زیادی به دست آوردند.
همزنهای ساکن به سرعت در صنایع شیمیایی، صنایع غذایی، صنایع معدنی، رنگ و رزین ،پالایشگاه و پتروشیمی ، صنایع دارویی پلاستیک و پلیمر کاغذ و صنایع سلولزی و همچنین صنایع آب و تصفیه فاضلاب جای خود را باز کردند. همزنهای ساکن برای مخلوط کردن مایعات قابل امتزاج در جریانهای آرام ، گذرا و آشفته استفاده می شوند. همچنین در جریانهای آرام و آشفته باعث همگن شدن مخلوط و نیز به عنوان راکتور های لوله ای و نیز برای ایجاد پراکندگی یکنواخت در جریان فازهای غیر قابل امتزاج و همچنین برای افزایش انتقال جرم و انتقال حرارت به کار می روند. از جمله کاربردهای دیگر این همزنها ایجاد اختلاط برای جامدات خالص در جامدات و مایعات و اختلاط گازها در مایعات می باشند.
می توان یک لوله خالی (لوله باز) را به عنوان یک همزن ساکن در نظر گرفت که دو جریان مختلف با عبور در طول لوله آن به اختلاط می رسند. البته اثرات این اختلاط به خصوص در جریان آرام بسیار کم می باشد. حال در نظر بگیرید اگر در طول مسیر حرکت سیالات درون لوله موانعی ایجاد شود که باعث حرکت دو جریان در جهات مختلف باشد به طوری که جریانات متفاوت اجبارا” از درون یکدیگر عبور کنند حاصل یک مخلوط خواهد بود که میزان اثرات اختلاط از قبیل همگن بوددن مخلوط انتقال جرم و حرارت و… به نوع و طراحی موانع موجود در مسیر بستگی خواهد داشت.
معرفی مخلوط کنهای استاتیکی 3
مکانیسم اختلاط در مخلوط کنهای استاتیکی
مخلوط کن استاتیکی عبارت است از لوله ای قطور که درون آن موانع ثابت قرار داده شده است.پمپ کردن مواد اولیه به درون چنین سیستمی باعث می شود مواد اولیه در اثر برخورد با موانع ثابت و ایجاد تلاطم در یکدیگر مخلوط شوند به نحوی که در خروجی لوله مخلوط یکنواختی به دست آید.شبیه سازی چگونگی اختلاط مواد اولیه بسیار پیچیده هستند و با توجه به وجود متغیرهای گوناگون مدل کردن آن به راحتی امکان پذیر نمی باشد. آنچه در چنین سیستمی اهمیت دارد خروج مواد از انتهای لوله به صورت یکنواخت است. لذا با توجه به نمونه خاص مواد اولیه ورودی و شرایط خروجی از ساختار خاصی استفاده می شود.
پارامترهای اساسی که در تعیین ساختار مناسب سیستم تختلاط استاتیکی معمولا” مورداستفاده قرار می گیرند عبارتند از: طول لوله قطر لوله، چگونگی نصب موانع و اجزای استاتیکی درون لوله ، جنس موانع و اجزا ، قدرت پمپ و کیفیت مطلوب و یکنواخت در خروجی مخلوط کننده استاتیکی .
با در نظر گرفتن پارامترهای فوق و استفاده از روش حدس و خطا ساختاری که با در نظر گرفتن شرایط اقتصادی و کیفیت محصول مخلوط شده خروجی بهترین حالت است انتخاب می شود.
کاربردها:
مخلوط کننده های استاتیکی در بسیاری از عملکردها در سیستمهای ناهمگنی که نیاز به سطح تماس بیشتر ، همگن شدن حرارتی و انتقال جرم داشته باشند کاربرد فراوان یافته اند. عملیات اختلاط می تواند با دیگر عملیات فرایندی در همزنهای ساکن ادغام شود. موارد استفاده از همزنهای ساکن در مواردی که اختلاط همراه عملیات گوناگون فرایندی اتفاق می افتد افزایش چشمگیری داشته است. چند نمونه از این فرایندها عبارتند از:

معرفی مخلوط کنهای استاتیکی 4

• واکنشهای شیمیایی در راکتور (همزن ساکن)
• اختلاط گازها و مایعات
• یکنواختی مایعات غیرقابل امتزاج
• تماس فازهای گاز – مایع برای افزایش سرعت انتقال جرم در واکنشهای گاز – مایع
• کنترل انتقال حرارت و دما
• تبادل گرمایی سیالات با ویسکوزیته بالا
• راکتورهای جریان قالبی
• اختلاط جامدات

جنس مواد ساختمانی آنها
مخلوط کننده های استاتیکی از انواع مواد ساختمانی مختلف که از اجزاء لوله ، ورق ،مارپیچ و یا سیم می باشند تشکیل می شوند. آنها را می توان از فولاد ، سرامیک و یا پلاستیک ساخت. تاثیر انها بستگی به ساخت اجزاء مخلوط کننده ظرفیت تولید ، جدایش ، میزان و شدت پخش دوباره وممزوج شدن سیستم سیال دارد. علاوه بر مزایای چند گانه آنها ، مخلوط کننده های ساکن اغلب دارای ساخت پیچیده ای نمی باشند و در حال حاضر بیشتر مشکلاتی که در ارتباط با مخلوط کننده های ساکن وجود داشته مرتفع شده است.انواع مختلف سیستم های مخلوط کننده ساکن با مقیاس صنعتی در حال ساخت هستند بطوریکه امروزه حدود 30 نوع مخلوط کننده ساکن شناخته شده است.
انواع همزن ساکن
همزنهای ساکنی که امروزه به کار می روند از لحاظ اندازه هندسـه و شـکل ظـاهری متفاوتنـدکه هر کدام برای شرایط مختلفی طراحی و ساخته شده انـد کـه براسـاس کـار بردشـان دسـتهبندی می شوند. از عوامل مهم در طراحی و ساخت این نوع همزنها ویـسکوزیته سـیال و رژیـمجریان می باشد. انواع مختلف همزنهای ساکن که مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از:
معرفی مخلوط کنهای استاتیکی 5
• Koflo(High viscosity mixer): این نوع مخلوط کن برای اختلاط سیالات بـا ویـسکوزیته بالا به کار برده می شوند. و معمو لا” در جریانهایی که در آنهاRe<500 اسـت بـه کـاربرده می شود.(شکل 1-1)
• Ross-ISG: ایــن نــوع همــزن هــم در جریــان آرام و هــم در جریــان آشــفته کــاربرددارد.(شکل1-1)
• Ross-LPD: این نوع همزن از دو صـفحه نیمـه بیـضوی کـه بـر یکـدیگر عمـود هـستند تشکیل شده است و در جریانهای آرام و آشفته کار برد دارد و برای اختلاط مایعات و یا گازهای با افت فشار کم به کاربرده می شوند.
: این نوع همزن شباهت زیادی به نوعRoss-LPD دارد از دو صـفحه نیمـهبیضوی که روبروی یکدیگر قرار می گیرند تشکیل شده اسـت و در جریانهـای آرام وآشفته کـار بـرد دارد و بـرای اخـتلاط مایعـات و یـا گازهـای بـا افـت فـشار کـم و بـاویسکوزیته پایین به کاربرده می شوند.(شکل 1-1)
• Double roof disk: ایـن هم زن بـرای اخـتلاط و پراکن دگی پلیمرهـا در جری ان آرام وهمچنین برای ایجاد شرایط جراین قالبی در راکتورها نیز به کار برده می شود
• Heatex: مخلوط کنهای استاتیکی از نوع متشکل از یک مغز سیمی مرکزی است کـه بـرروی آن یک سری حلقه های سیمی پیچیده شده اسـت. در حلقـه بـا یـک زاویـه خـاصنسبت به مغز قرار دارد .این الح اقات به داخل یک لوله کشیده شـده و حلقـه هـا طـوریکج شده اند که بزرگتر از لوله هستند و در تماس نزدیک با دیـواره لولـه بـه شـکل یـکقوس در می آیند. چنانکه الحاقات به داخل لوله کشیده می شوند درجـه ای از مقاومـتایجاد می شود که نشان دهنده مقدار تماس بـا دیـواره اسـ ت. الحاقـات در مخلـوط کـنهای استاتیکیHeatex ممکن است دارای تراکم حلقه های متفاوتی باشد کـه بـه وسـیلهتعداد تماس دهنده های دیوار لوله که بر واحد طول الحاقات به دست می آیـد مـشخصمی گردد.
• Kenics mixer:این دسته از همزنها کـه بـه صـورت اجـزای مـارپیچی درون لولـه قـرار داردجریان سیال را به صورت شـعاعی بـه سـمت دیـواره و دوبـاره بـه سـمت مرکـزهدایت می کندو بدین ترتیب سیال به صورت کامل با هم مخلوط شده و این همزنهـا بـاتوجه به کاربردشان خود به گروههای زیر تقسیم میشوند:
• KMR: این دسته از همزنها برای جریانهای آرام و گذرا و آشفته که در آنها بایستی بـهصورت متناوب بازدید انجام شود و همچنین برای اختلاط اغلب سیالات بـه کـار بـردهمی شود.(شکل1-2)
• KMA: این تجهیزات به سادگی درون لولـه هـای سـاخته شـده و در سـایزهای متنـوعنصب می شوند. و بیشتر برای سیالات ویسکوز مناسب هستند.

طراحی و شبیه سازی مخلوط کنهای استاتیکی  و کاربرد آنها در مبدل های حرارتی

طراحی و شبیه سازی مخلوط کنهای استاتیکی و کاربرد آنها در مبدل های حرارتی

فصل دوم
هر چند دستگاههای اختلاط استاتیکی در ابتدا به عنوان وسایلی برای سهولت در اختلاط و در هم کردن دو سیال مانند پلاستیکها و مواد نفتی و الیاف مصنوعی و نظایر آن به کار گرفته می شد اما این وسایل به تدریج به عنوان وسایلی برای افزایش انتقال حرارت از نوع جابجایی اجباری به خصوص در دامنه اعداد رینولدز پایین و پرانتل بالا استفاده شده است. به کارگیری این وسایل و نصب آنها در داخل یک لوله تا حد بسیار بالایی ضریب انتقال حرارت را افزایش می دهد. به طوری که این اثر مثبت هم در جریان تک فاز و هم در جریانات دو فاز و چه برای الگوی جریان ارام و یا آشفته به کار گرفته شده است.
شکل 1-2() ساختمان یک واحد از دستگاه مخلوط کنهای از نوع کنیکس را نشان می دهد. در داخل این دستگاه که در طول لوله نصب می گردد هیچ قطعه متحرکی وجود ندارد و درنتیجه جریانات در حال حرکت سیال به طور دائم با یکدیگر مخلوط می شوند. هر واحد این دستگاهها شامل یک مارپیچ راست گرد و یک مارپیچ چپ گرد می باشد. این اجزا سبب می گردند که سیال با انحراف در مسیر و تقسیم شدن دائم به نحو قابل ملاحظه ای اختلاط یابد. زمانی که سیال از داخل این دستگاه رد می شود جریان به دو قسمت تقسیم شده و به طور دائم عمل تقسیم جریان و اختلاط شعاعی صورت می پذیرد. اثر کلی اختلاط شعاعی سبب می گردد که ذرات و لایه های سنگین تر در جریان سیال مجبور شوند تا به طرف دیواره لوله و برعکس از دیواره به سمت مرکز لوله دائما” رفت و برگشت نمایند به دلیل اختلاط شعاعی اختلاف درجه حرارت و سرعت و ترکیب درصد مواد در طول شعاع کاملا” ناچیز است .
Burfoot [1] در یک بررسی تجربی عملکرد لوله هایی را که در آنها دستگاههای اختلاط استاتیکی از نوع کنیکس پر شده بودند و به صورت کاملا” متحد الفاصله ای نصب گشته بودند مورد مطالعه قرار داد. آنها روابطی برای این نوع اختلاط کننده ها با 2.03 =αارائه نمودند. اما به دلیل استفاده سایر محققین با نسبتهای پیچش متفاوت انها قادر نبودند که نتایج به دست آمده خود را با کار محققین قبلی مقایسه کنند.Lecjaks و همکارانش در سال 1987 [2] اثر دو نمونه از مخلوط کن های استاتیکی مارپیچی (A,B) را از نقطه نظرافزایش انتقال
ارزیابی معادلات عملکردی در مخلوط کنهای استاتیکی 11
حررات و افت فشار برای اعداد رینولدز بین 15 تا 5600 و عدد پرانتل 6 تا 60 را مورد بررسی قرار دادند. نتایج تجربی کار او به شکل نمودار و روابط تحلیلی ارائه شد. آنها مخلوطی از آب و گلیسیرین را به عنوان سیال کاری انتخاب کردند و نشان دادند که اجزاء حلزونی این سیستمهای اختلاط ضریب انتقال حرارت را تا اعداد رینولدز 3000 وقتی که در لوله چیزی نصب نشده باشد افزایش می دهد. کار انها مشخص می نمود که اگرچه پارامتر های هندسی دو نوع A,B یکسان بوده اند ولی میزان ضرایب انتقال حرارت در نوع B بالاتر بود. مقادیر نیروهای اینرسی به دلیل حرکت سیال در درون لوله برای لوله هایی که نوع B را در بر داشت بزرگتر از لوله ای با نوع A بود. نکته مهمی که این محقق در کار خود اشاره داشت این بود که نمای عدد رینولدز (n) آنطور که معمولا” توسط محققین دیگر گزارش می شد ثابت نبود. این عدد با تغییر دامنه عدد رینولدز تغییر می کردمثلا” در جریانهایی با اعداد رینولدز پایین =n و برای رژیمهایی با جریان کاملا” آشفته 0.8 =nو برای رژیمهایی در منطقه انتقال بین این دو مقدار می باشد. او همچنین ثابت کرد که میزان انتقال حرارت بستگی شدیدی به αSMخواهد داشت. در مطالعه اخیر [3] Yang و همکارانش در سال 1990 میزان انتقال حرارت و افت فشار به صورت تجربی برای برای هوا و بخار اشباع و مخلوط آنها با ویا بدون دستگاههای اختلاط از نوع کنیکس مورد مقایسه قرار گرفت. اگرچه منظور اصلی مطالعه انها ارزیابی اثر نسبت پیچش در میعان بخارات بود اما آنها روابط تجربی برای ضریب اصطکاک و ضریب انتقال حرارت در جریانات یک فاز را توسعه دادند.کار انها مربوط به دستگاههای اختلاط با نسبت پیچش های 5/1 و 2 بود و آنها نتیجه گرفتند که در جریان جابجایی حرارتی تک فاز مقدار افت فشار دستگاه اختلاط نوع αSM =1.5) A)در حدود 55% دستگاه اختلاط نوع αSM = 2) B)در خلال آزمایشاتشان به همراه تغییر فاز اطلاعات اندازه گیری شده نشان می داد که افت فشار دستگاه نوع B مقدار قابل ملاحظه ای کمتر از نوع A بود.و این بدان معنی بود که اگر αSMبه طرز مناسبی افزایش داده شود افت فشار دستگاه به طرز قابل ملاحظه ای کاهش خواهد یافت اما تاثیر آن بر میعان نمودن بخارات گازها چندان زیاد نیست.

2-2) مروری بر تاریخچه توسعه معادلات عملکردی مخلوط کنهای استاتیکی
قدیمی ترین گزارشات تحقیقاتی مربوط به این دستگاهها به کمپانی Kenics در سال 1977 میلادی بر می گردد.امروزه انواع گوناگونی نظیر Sulzerو Ross وجود دارد که البته اطلاعات عملکردی آنان نزد شرکتهای سازنده محفوظ مانده و در دسترس نمی باشد ومطالعات انجام شده برای تعیین عملکرد این نوع دستگاهها هم به صورت تحلیلی و تئوریک و هم به صورت تجربی وجود دارد. جدول 1 -2() دامنه کار تجربی برخی از محققین را بر روی این دستگاهها نشان می دهد . جداول 2 -2(و2- )3 نیز گرداوری شده مهمترین روابط نیمه تجربی موجود از کار سایر محققین در رابطه با انتقال حرارت و افت فشار این دستگاهها را نشان میدهد، اگرچه برخی از تلاشهای محققین صرفا” به نصب این دستگاهها به صورت متناوب در سر راه جریان محدود شده است اما در اینجا آنچه ملاحظه می شود به نصب آنها بطور کامل در سرتاسر لوله توجه دارد. Sununu J.H[4] در سال 1970 تلاش نمود تا به مدلسازی مومنتوم و میزان انرژی منتقل شده توسط یک مخلوط کن استاتیکی در جریان آرام و برای
یک سیال از نوع نیوتنی بپردارد. او موفق شد تا اطلاعات تجربی موجود را با مدل خود تطبیق داده و یک رابطه تجربی را ارئه دهد . بعدا” در سال 1982، Gentii W.E[5] تحلیل حضور دو مکانیزم مستقل که هر دو به صورت همزمان در جریان اختلاط سیال در این نوع ارزیابی معادلات عملکردی در مخلوط کنهای استاتیکی 13
سیال اتفاق می افتد را ارائه داد. یک مکانیزم به ملاحظه انتقال انرژی در جریان آرام میپرداخت و دومین مکانیزم به اختلاط در جریان آرام در این دستگاهها مرتبط می شد.
کار قدیمی دیگری بر روی دستگاههای اختلاط نوع کنیکس توسط Grace C.D.[6] در سال 1971صورت گرفت. او در کار خود اشاره کرد که عملکرد اساسی این نوع وسایل در واقع تقسیم مداوم جریان و اختلاط مجدد آن در شرایط تک فاز و با جابجایی اجباری است. او دریافت که ضریب انتقال حرارت در هر دو جریان آرام و آشفته تا حد قابل ملاحظه ای بهبود می یابد.او روابط خود رابرای جریان آرام چه برای انتقال حرارت و چه برای اافت فشار ارائه نمود. اما این روابط با اطلاعات تجربی در زمینه انتقال حرارت اختلاف %50 ±داشتند . با وجود این اختلافات زیاد ملاحظه شد که ضرایب انتقال حرارت به هنگام استفاده از این وسایل تقریبا” دو برابر زمانی است که در سر راه جریان سیال هیچگونه دستگاه اختلاط استاتیکی نصب نگردد.
در یک برررسی تجربی که توسطMarner W.,Bergles A.E.[7] در سال 1978 انجام گرفت افزایش ضریب انتقال حرارت توسط این دستگاهها در یک لوله افقی و در جریان آرام مطالعه شد .این دو محقق از 48 المنت مخلوط کن استاتیکی در یک لوله به قطراسمی mm 7/12 و طولmm 91 /0 استفاده نمودند. نتایج کار تجربی این دو محقق با سیال اتیلن گلایکول و در شرایط دمای ثابت دیواره لوله صورت گرفت. اگرچه جزئیات کارشان گزارش نگردید اما آنها ادعا کردند که استفاده از وسایل اختلاط استاتیکی حداقل تا چهار برابر ضریب انتقال حرارت را افزایش می د هد.
دو محقق اخیر همچنین مشخصات کارکردی این وسایل را با نوارهای تابیده (Twisted Tape) نیز مقایسه نمودند. نتایج کارشان به خوبی نشان می داد که با افزایش افت فشار درجه افزایش ضرایب انتقال حرارت در این نوع وسایل از یک مرتبه می باشند. آنها البته جهت ارائه روابط انتقال حرارت و افت فشار عملیاتی این نوع وسایل در کار تجربی اشان تلاش نمودند.
Chen S.J[8] در سال 1973،جهت محاسبه ضریب انتقال حرارت در یک دستگاه اختلاط استاتیکی پیشنهاد ضریب یک فاکتور 3 در عدد بدست امده در یک لوله خالی را ارئه نمود اما همانطوریکه بعدا” توسطProctor R[9] در سال 1977نیز اشاره شد این نحوه محاسبه ضریب

طراحی و شبیه سازی مخلوط کنهای استاتیکی و کاربرد آنها در مبدل های حرارتی

طراحی و شبیه سازی مخلوط کنهای استاتیکی و کاربرد آنها در مبدل های حرارتی

انتقال حرارت جهت ارزیابی عملکرد وسایل دارای خطای قابل ملاحظه ای است و عملکرد واقعی به نسبت ، نسبت پیچش و تعداد المنتهای به کار گرفته شده در لوله بستگی خواهد داشت. Proctor R جهت افزایش و بهبود ضریب انتقال حرارت از وسایل کنیکس در یک کانال و برای یک جریان از آرام تا آشفته (44<Re<30000) یک کار تجربی انجام داد. او در آزمایشات تجربی خود از وسایل کنیکس با نسبت پیچش برابر 5/1 و 2 استفاده نمود.او نشان داد که بعد از استفاده 4-3 واحد از این دستگاهها ضریب انتقال حرارت به حالت مجانب و حدی خود می رسدو ماکزیمم افزایش انتقال حرارت در ناحیه انتقال به وقوع می پیوندد.این محقق نشان داد که ضریب انتقال حرارت در سیستم کنیکس برای یک نسبت پیچش یکسان در مقایسه با نوارهای تابیده به مراتب بالتر می باشد. اگرچه نتایج تجربی آن در رابطه با افت فشار ، نشان می داد که مقاومت برای وسایل کنیکس بالاتر می باشد.
Lin S.[10] در سال 1979 روابطی عام را برای فاکتور اصطکاک و عدد ناسلت برای
1.6=αSM پیشنهاد داد . روابط وی بر اساس کار تجربی با سیال مبرد از نوع R-113 می باشد. او این آزمایشات را با آرایشهای مختلف و تعداد متفاوتی از دستگاههای اختلاط کنیکس تدارک دید، بطوریکه در معادلات پیشنهادی پارامتر αSMبه عنوان یک پارامتر هندسی که مبین نسبت طول بخشی از لوله اشغال شده به وسیله دستگاههای اختلاط به طول کل لوله می باشد، در نظر گرفته شده است. مثلا” برای لوله های خالی 0.0 =ηو برای لوله هایی که بطور کانل با این دستگاهها پر می شوند 100=η می باشد.
در سال 1982Gentti در یک کار نیمه تجربی اطلاعات مربوط به ضریب انتقال حرارت و افت فشار را برای حرارت دادن به یک روغن موتور در رژیم آرام و با شرایط دمای ثابت برای دیواره لوله ارائه داد . او در کار خود از تشابه بین انتقال حرارت و انتقال مومنتوم برای مدل سازی دستگاه اختلاط بهره گرفت. معادلات ارائه شده توسط او در زمینه افت فشار با استفاده از تکنیک حداقل بدست آمده شد اما ضرایب انتقال حرارت ارائه شده از طرف او پایین تر از مقادیری که .Sunumu J.H ارائه داده بود قرار می گرفت.

قیمت 25 هزار تومان

خرید فایل pdf به همراه فایلword

قیمت:35هزار تومان