Analýza vlivu tloušťky úsad na koeficient prostupu tepla

Abstract

Diplomová práce se zabývá vlivem úsad na kvalitu přestupu tepla ve výměníku a návrhem jeho optimalizace pomocí tepelně ekvivalentní náhrady žebrovaných trubek za trubky hladké. V teoretické části jsou stručně popsány jednotlivé typy výměníků tepla podle konstrukčního provedení a směru proudění teplonosných látek. Následně jsou uvedeny metody přenosu tepla ve výměnících, včetně formulace rovnice energie. Vzhledem k využití simulačního programu ANSYS Fluent jsou v práci uvedeny základní principy numerických simulací včetně popisů turbulentních modelů. V souvislosti s přestupem tepla je zdůrazněn význam mezní vrstvy a její vliv na přesnost numerické simulace. Praktická část práce se zaměřuje na analýzu a srovnání tepelně-fyzikálních parametrů téhož výměníku tepla ve dvou různých stavech – v původním stavu s čistými žebrovanými trubkami a po určité době provozu, kdy jsou trubky zasaženy korozí a úsadami anhydritu. V závěrečné části práce byl stanoven součinitel zanesení pro znečištěnou geometrii výměníku pomocí iterační metody a bylo provedeno tepelně ekvivalentní nahrazení žebrovaných trubek trubkami hladkými.

The thesis focuses on the impact of fouling on the quality of heat transfer efficiency in a heat exchanger and proposes its optimization by thermally equivalent replacement of finned tubes with smooth tubes. The theoretical part provides a brief description of various types of heat exchangers based on their construction and the flow direction of heat transfer media. Subsequently, heat transfer methods in exchangers are presented, including the formulation of the energy equation. Given the use of the simulation software ANSYS Fluent, the thesis also outlines the basic principles of numerical simulations, including descriptions of turbulence models. In relation to heat transfer, the importance of the boundary layer and its influence on the accuracy of numerical simulations is emphasized. The practical part deals with the analysis and comparison of the thermophysical parameters of a heat exchanger with finned tubes and one whose tubes are affected by external corrosion and anhydrite fouling. In the final part of the thesis, the fouling factor for the contaminated heat exchanger geometry was determined using an iterative method, and a thermally equivalent replacement of finned tubes with smooth tubes was carried out.