| Popis: |
Tässä diplomityössä tutkittiin kaasun painetason vaikutusta levylämmönsiirtimen toimintaan, mitä tutkittiin syöttämällä lämmönsiirtimeen eri painetasoilla olevaa ilmaa. Työssä tutkittava läm- mönsiirrin oli tyypiltään Vahterus Oy:n valmistama Plate&Shell-levylämmönsiirrin ja sen toimintaa tarkasteltiin lämmönsiirron ja painehäviön muutoksien kannalta. Työssä lämmönsiirron ja pai- nehäviön suuruksia tarkasteltiin mittauksien, virtaussimulointien ja analyyttisten korrelaatioiden avulla. Näillä menetelmillä saadut tulokset esiteltiin painehäviön ja lämmönsiirron absoluuttisina suuruuksina ja dimensiottomassa muodossa Eulerin ja Nusseltin lukujen avulla. Mittaukset suoritettiin kahdessa osassa. Aluksi lämmönsiirtimen toimintaa mitattiin, kun siihen syötettiin 6-9 barin absoluuttisessa paineessa olevaa ilmaa, jonka jälkeen lämmönsiirtimen toimintaa tutkittiin normaali-ilmanpaineessa. Paineilmatesteissä haluttu painetaso ja massavirta kehitettiin ruuvikompressorilla ja normaali-ilmanpainetta vastaavissa testeissä haluttu virtaus luotiin puhaltimella. Kaikki testit suoritettiin pakka- ja vaippapuolilla ja vasta- ja ristivirtakonfiguraatioita. Työssä käytettävät virtausmallinnukset tehtiin 1, 6 ja 9 barin absoluuttisilla painetasoilla ja näissä käytettävät reunaehdot määriteltiin vastaamaan samoilla painetasoilla tehtyjä mittauksia. Työssä käytetyt virtausmallinnukset tehtiin vastavirtakonfiguraatiolle lämmönsiirtimen pakka- ja vaippapuolille ANSYS Fluent 19.1 ohjelmistolla. Tulosten verifiointi ja verkkoriippumattomuus tarkastelu on tärkeä osa virtauslaskentaa. Työssä verkkoriippumattomuutta tarkasteltiin 6 bar ta- pauksella kahdella eri laskentaverkon tiheydellä pakka- ja vaippapuolilla. Virtausmallit verifioitiin vertaamalla mallinnustuloksia mittauksiin. Työssä virtausmallinnuksien avulla pyrittiin erityisesti selvittämään sitä, että vaikuttaako painetason muuttuminen virtauksen ja lämpötilan jakautumi- seen levyvälin sisällä, mitä tavanomaiset menetelmät eivät kykene ennustamaan. Tärkeänä osana työtä oli löytää mahdolliset ilmiöt, joita tavanomaiset painehäviön ja lämmönsiirron korrelaatiot eivät kykene ennustamaan. Tämän takia mittauksia ja simulointeja verrattiin kahteen analyyttiseen korrelaatioon, mitkä muokattiin vastaamaan pyöreää lämmönsiirtolevyä. Korrelaatiossa käytetyt aineominaisuudet ja virtaustila määriteltiin vastaamaan tehtyjä mittauksia. Työssä käytetyt korrelaatiot eivät huomioineet virtauksessa tapahtuvaa painetason muutosta millään poikkeavalla tavalla. Työssä tutkitun teorian perusteella painetasosta johtuvat muutokset tu- lisivat esiin, jos korrelaatioiden, simulaatioiden ja mittauksien pohjilta lasketuissa Eulerin tai Nusseltin luvuissa tapahtuisi Reynoldsin luvuista riippumattomia muutoksia. |
