مهندسی گاز ایران

شبیه‌سازی پدیده‌های تبخیر و میعان در مبدل Plate-Fin فرایند LNG با استفاده از روش CFD و ارزیابی عملکرد نرم‌افزار Aspen muse

نوع مقاله : مقاله ترویجی

نویسندگان

1 پژوهشکده گاز، پژوهشگاه صنعت نفت، تهران، ایران، کد پستی ۱۴۸۵۶۱۳۱۱۱

2 گروه پژوهش توسعه و کنترل فرآیند، پژوهشکده توسعه فرآیند و فناوری تجهیزات پژوهشگاه صنعت نفت ایران، تهران، ایران

3 مدیریت پژوهش و فناوری، شرکت ملی گاز ایران، تهران، ایران، کدپستی ۴۵۳۳-۱۵۸۷۵

4 پژوهشکده گاز، پژوهشگاه صنعت نفت، تهران، ایران، صندوق پستی ۱۳۷-۱۴۶۶۵

چکیده

در این مقاله، پدیده‌های انتقال و الگوی جریان پیچیده و دما جهت فرایند LNG در مبدل حرارتی Plate–Fin بررسی شده ‌است. برای مدل‌سازی و شبیه‌سازی جریان سیال و انتقال حرارت، از نرم‌افزار ANSYS FLUENT استفاده شده است. برای شبیه‌سازی جریان دوفازی و چندجزئی، این نرم‌افزار محدودیت‌هایی دارد که البته با الصاق کدهای کمکی این نقص برطرف شده است. از مدل دوبعدی برای شبیه‌سازی پدیده‌های انتقال در یک کانال از مبدل استفاده شده است. برای محاسبۀ نرخ میعان و تبخیر، غلظت‌های تعادلی از نرم‌افزار ترمودینامیکی HYSYS استخراج گردیده و توسط UDF به نرم‌افزار CFD الصاق شده است. مقایسۀ نتایج حاصل از شبیه‌سازی CFD با نتایج نرم‌افزار Aspen Muse نشان داده که ضریب انتقال حرارت دوفازی، کسر جرمی بخار و ترکیب درصد اجزا با هم مطابقت دارند، در صورتی که افت فشار محاسبه‌شده توسط نرم‌افزار Aspen Muse نسبت به CFD بیشتر است. با استفاده از مدل توسعه‌داده‌شده، اطلاعات زیادی در خصوص پدیده‌های انتقال و الگوی جریان به دست آمد که با استفاده از نرم‌افزارهای موجود ممکن نیست.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Simulation of Evaporation and Condensation Phenomena in the Plate-Fin Converter of the LNG Process Using the CFD Method and Assessing Aspen Muse Software Performance

نویسندگان [English]

  • Mohammad Irani 1
  • Reza Hayati 2
  • Mehran Sarmad 3
  • Peiman Moeen 4

1 Gas Division, Research Institute of Petroleum Industries (RIPI), Postal Code: 1485613111, Tehran, Iran

2 Process Development and Control Group, Process and Equipment Technology Development Division, Research institute of Petroleum Industry (RIPI), Tehran, Iran

3 Research and Technology Department, National Iranian Gas Company, Tehran, Iran

4 Gas Division, Research Institute of Petroleum Industries (RIPI), Postal Code: 137-14665, Tehran, Iran

چکیده [English]

In this paper complex fluid flow and transport phenomena in plate-fin heat exchanger for LNG process are investigated. Modeling and simulation of heat transfer and fluid flow has been done using ANSYS Fluent software. This software has limitation in simulation of multispecies biphasic flow; therefore, UDF.A 2D model was used for modeling aforementioned phenomena in one channel of heat exchanger. HYSYS software was used for calculation of species equilibrium concentration and it was linked to ANSYS using UDF. Results shows that vapor volume fraction, species composition and heat transfer coefficient for CFD and Aspen muse are in good agreement, but pressure drop is over predicted by Aspen Muse. Using the developed model, a good deal of information was obtained about transport phenomena and fluid flow in cryogenic heat exchangers, while other software packages could not provide that much information.

کلیدواژه‌ها [English]

  • LNG
  • Plate-fin heat exchanger
  • CFD
  • Aspen muse
  1. Thulukkanam, K., Heat Exchanger Design Handbook, 2nd Edition, CRC Press, 2013.
  2. Zohuri, B., Compact Heat Exchangers: Selection, Application, Design and Evaluation, Springer, 2016.
  3. Hesselgreaves, J.E., Compact Heat Exchangers: Selection, Design and Operation, Elsevier science Ltd, 2001.
  4. Guo, K., “Optimization of Plate/Plate-Fin Heat Exchanger Design”, PhD Thesis, School of Chemical Engineering and Analytical Science, Manchester University, 2015.
  5. Aluminium Plate-Fin Heat Exchangers, Linde Group.
  6. Kakac, S., M.R., Avelino, H.F., Smirnov, Low Temperature and Cryogenic Refrigeration, springer, 2003.
  7. Mudgala, S., “Numerical Analysis of Plate Fin Heat Exchanger at Cryogenic Conditions”, MS Thesis, Department of Mechanical Engineering National Institute of Technology Rourkela, 2015.
  8. Alur, S., “Experimental Studies on Plate Fin Heat Exchangers”, PhD Thesis, Mechanical Engineering Department National Institute of Technology Rourkela, 2012.
  9. Dewatwal, J., “Design of compact plate fin heat exchanger”, BS Thesis, Department of Mechanical Engineering National Institute of Technology Rourkela, 2009.
  10. Pandey, A., “Performance Analysis of a Compact Heat Exchanger”, MS Thesis, Department of Mechanical Engineering National Institute of Technology Rourkela, 2011.
مهندسی گاز ایران
دوره 6، شماره 1 - شماره پیاپی 9
شهریور 1398
صفحه 6-13
  • تاریخ دریافت: 05 اردیبهشت 1401
  • تاریخ پذیرش: 05 اردیبهشت 1401