مدل‌سازی اثرات بارگذاری حرارتی در سه طرح جدید از مشعل با لوله تابشی

در پژوهش حاضر، به بررسی توزیع تنش و کرنش ناشی از گرادیان حرارتی در لوله تابنده از یک نمونه مشعل تابشی پرداخته می‌شود. در طرح این مشعل، دریچه‌های خروجی متعددی در جداره لوله تابنده تعبیه‌شده است و سیال حاصل از احتراق در کوره از این دریچه ها تخلیه ‌‌می‌شود. برای این مشعل سه نمونه لوله تابنده استوانه‌ای با طول، قطر، ضخامت و جنس یکسان که در هرکدام طرح دریچه‌های خروج سیال متفاوت است، مدل‌سازی شده است. به‌منظور شبیه‌سازی رفتار مکانیکی لوله‌های تابنده موردمطالعه، پس از مدل‌سازی هندسی و با لحاظ کردن جنس لوله و شرایط مرزی، از مجموعه نرم‌افزار تجاری انسیس بهره گرفته‌شده است. شرایط مرزی جهت حل عددی از نتایج آزمون‌های تجربی استخراج‌شده است. با توجه به میانگین سرعت سیال درون لوله تابنده، جریان در محدوده آشفته قرار می‌گیرد. به‌منظور به دست آوردن نمودار تنشکرنش آلیاژ مورد آزمون از حل روابط رامبرگازگود بهره گرفته‌شده است. از حل برهمکنش سیالجامد توسط نرم‌افزار تجاری انسیس، بهترین طرح ازنظر حداقل بودن مقادیر تنش فون میزز نتیجه‌گیری شده است. همچنین با حذف بار حرارتی از قطعه در گام بعدی، تنش‌های پسماند پدید آمده در نمونه‌ها توسط نرم‌افزار محاسبه می‌گردد. به‌منظور نشان دادن صحت حل، چند نمونه از این مشعل ساخته و موردبررسی قرارگرفته تا نتایج حاصل از آن‌ها تائید کننده حل عددی ‌باشد.

Modeling Thermal Loading Effects for Three New Designs of Radiant Tube Burner

In present study, the stress and strain distributions due to the radiant gradient in some radiant tube burners have been investigated. In the design of the burner, several outlet valves are mounted on the wall of the burner tube and the combustionproduced fluid is discharged by the outlets into the furnace. For this purpose, three cylindrical radiant tubes with the same length, diameter, thickness and material and difference in design of fluid outlets are modeled. To simulate the mechanical behavior of the pipes, after the geometric modeling and considering the pipe material and boundary conditions, ANSYS commercial software has been used. The boundary conditions for numerical solution are extracted from the results of the experimental tests. Due to the average fluid velocity within the radial tube, the fluid flow falls into the turbulent range. In order to obtain the stressstrain diagram of the tested alloy, the RambergOsgood equation is used. Due to the solution of the fluidsolid interaction by ANSYS, the best design is concluded through the VonMises stress minimum values. Also, by removing the thermal load from the next load step, the residual stresses generated in the samples are calculated. To illustrate the accuracy of the solution, some specimens of the burner have been made and evaluated to verify the numerical solution.