دراسة العوامل المؤثرة على أداء المبادل الحراري ذي الأنابيب الحرارية ذات فرق درجة حرارة كبير في محطة قدرة بخارية

رسالة ماجستير

اسم الباحث : مرتضى موسى دبيش

اسم المشرف : الأستاذ الدكتور محمد وهاب الجبوري ;الأستاذ المساعد الدكتور محمد حسن عبود

الكلمات المفتاحية : steam power plant, heat pipe heat exchanger, thermal effectiveness, temperature, filling ratio

الكلية : كلية الهندسة

الاختصاص : الهندسة الميكانيكية

سنة نشر البحث : 2025

تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث

الخلاصة:

في العديد من التطبيقات، مثل محطات توليد الطاقة، قد تُفقد الطاقة الحرارية الى البيئة المحيطة، لذا من الضروري استخدام أجهزة مثل المبادلات الحرارية ذات الأنابيب الحرارية لاستعادة هذه الطاقة. في هذه الدراسة، تم تصميم وتصنيع مبادل حراري أنبوبي حراري ذو سيفون حراري لهذا الغرض. تم دراسة الأداء الحراري لهذا المبادل عمليًا وعدديًا (باستخدام برنامج ANSYS-Fluent). تم ذلك عند نسب تعبئة مختلفة (35%، 50%، و75%) من سائل التشغيل (DOWTHERM™ A)، وسرعات هواء (0.5، 1، 1.5، 2، و2.5 متر/ثانية) عند مدخل المكثف، وفي نطاق واسع من درجة حرارة هواء مدخل المبخر (160 إلى 320 درجة مئوية). يتضمن نموذج المبادل المستخدم في هذه الدراسة 60 أنبوبًا حراريًا نحاسيًا بزعانف مربعة من الألومنيوم. يتكون الأنبوب الحراري (بطول إجمالي 100 سم) من ثلاثة أقسام، وهي: قسم التبخير (بطول 40 سم)، وقسم الأدياباتيك (بطول 20 سم)، وقسم التكثيف (بطول 40 سم). تُظهر النتائج أن نسبة الملء، وسرعة الهواء، ودرجة حرارة هواء المبخر لها تأثير مهم على الأداء الحراري للمبادل الحراري. بشكل عام، القيم المثلى لنسبة الملء، وسرعة الهواء، ودرجة حرارة هواء المبخر، للحصول على أفضل أداء حراري للمبادل الحراري، هي 50%، و0.5 متر/ثانية، و320 درجة مئوية على التوالي. عند هذه القيم، يتم الحصول على أعلى درجة حرارة لهواء المكثف وأقصى كفاءة للمبادل (240 درجة مئوية و74% عدديًا، و250 درجة مئوية و77% تجريبيًا). من خلال المقارنة بين النتائج العددية والتجريبية، وُجد توافق ممتاز بينهما، حيث لا تتجاوز نسبة الاختلاف القصوى 5%.

Investigation the Factors Affecting the Performance of Heat Exchanger Heat Pipes with High Temperature Difference in Steam Power Plant

Abstract
In many of applications, such as power plants, iron factories, etc., thermal energy may be lost to ambient so, using devices such as heat pipe heat exchangers is necessary to recover this energy. In this study, a thermosiphon heat pipe heat exchanger is constructed for this purpose. The thermal performance of this exchanger is numerically (by using ANSYS-Fluent software) and experimentally investigated. This is at different filling ratios (35%, 50% and 75%) of a working fluid (DOWTHERM™ A), air velocities of (0.5, 1, 1.5, 2 and 2.5 m/s) at the condenser inlet and wide range of the evaporator inlet air temperature (160 to 320 °C). The exchanger model used in this study includes 60 copper heat pipes with square aluminum fins. The heat pipe (100 cm total length) consists of three sections namely: evaporation section (40 cm length), adiabatic section (20 cm length) and condensing section (40 cm length). The results show that the filling ratio, air velocity and evaporator air temperature have an important effect on the thermal performance of the heat exchanger. In overall, the optimum values of the filling ratio, air velocity and evaporator inlet air temperature, to obtain the best thermal performance of the exchanger, are 50%, 0.5 m/s and 320 °C respectively. Where at these values, the highest condenser air temperature and maximum exchanger effectiveness (240 °C and 74% numerically and 250 °C and 77% experimentally) are obtained. Through the comparison between the numerical and experimental results, an excellent agreement is found between them with a maximum deviation percentage does not exceed 5%.