شبیه‌ سازی عددی انتقال حرارت آشفته در بویلر با سیال فوق‌ بحرانی و شرایط گرمایی نامتقارن

انتقال حرارت در بویلر با سیال فوق‌بحرانی، به صورت نامتقارن می‌باشد. همچنین در این نوع بویلرها، لوله‌ها هم به صورت افقی و هم به صورت شیب‌دار نصب می‌گردند. اما معمولا در کارهای بررسی شده، انتقال حرارت به صورت متقارن و یا لوله‌ها به صورت افقی یا عمودی در نظر گرفته می‌شوند. بنابراین در مقاله حاضر، انتقال حرارت در یک لوله بویلر با سیال فوق‌بحرانی که در آن هم قسمت افقی و هم قسمت شیب‌دار وجود دارد مورد مطالعه و تحلیل قرار می‌گیرد. شار حرارتی لوله به صورت نامتقارن در نظر گرفته شده است. شبیه‌سازی عددی با استفاده از نرم افزار فلوئنت انجام گردیده است. همچنین از پایگاه داده refprop برای اعمال خصوصیات سیال فوق‌بحرانی آب استفاده گردیده است. به منظور مدل‌سازی آشفتگی، از مدل rng k-ε مبتنی بر ناویراستوکس میانگیری‌شده رینولدز استفاده شده است. نتایج نشان می‌دهند که بیشترین و کمترین دمای دیواره داخلی لوله به ترتیب در ارتفاع‌های m 10 و m 15.5 در محدوده دمای شبه‌بحرانی ( oc380) قرار می‌گیرند. بیشترین دمای دیواره لوله از ابتدا تا انتهای لوله بین oc 603 تا oc 666 تغییر می‌یابد. همچنین عدد ناسلت با افزایش ارتفاع لوله افزایش یافته و مقدار آن در نزدیکی دمای شبه‌بحرانی، افزایش چشمگیری می‌یابد. در این محدوده مقدار عدد ناسلت به 6800 می‌رسد که 3.6 برابر مقدار آن در ورودی لوله است.

numerical simulation of turbulent heat transfer in boiler with supercritical fluid and asymmetric thermal conditions

heat transfer in boiler with supercritical fluid is asymmetrical. also, in this type of boilers, pipes are installed both horizontally and inclined. but usually in the previous works, heat transfer is considered symmetrically or the pipes are horizontal or vertical. therefore, in the present paper, heat transfer in a boiler tube with supercritical fluid in which there are both horizontal and inclined parts is studied and analyzed. the heat flux of the pipe is considered asymmetric. numerical simulation has been done using fluent software. also, the refprop database has been used to apply the supercritical fluid properties of water. in order to model the turbulence, the rng k-ε model based on reynolds-averaged navier–stokes has been used. the results show that the highest and lowest internal tube temperature reach near the pseudocritical temperature range (380 celsius) at a height of 10 m and 15.5 m, respectively. the highest temperature of the tube wall changes from the beginning to the end of the tube between 603 oc and 666 oc.also, the nusselt number increases with the increase of the tube height and its value increases significantly near the pseudocritical temperature. in this range, the value of the nusselt number reaches 6800, which is 3.6 times its value at the entrance of the tube.