تصميم وتحسين المبادلات الحرارية باستخدام سبائك النيكل باستخدام برنامج COMSOL Multiphysics

الملخص

الهدف الأساسي من هذه المقالة هو تقديم عرض شامل حول التحقق من كفاءة المبادل الحراري باستخدام سبائك النيكل، مع الاستعانة ببرنامج كومسول متعدد الفيزياء (COMSOL Multiphysics). يُستخدم هذا البرنامج لمحاكاة أداء المبادلات الحرارية ضمن أنظمة إنتاج الطاقة، وذلك من خلال إجراء تحقق مقارن يعتمد على تحليل العلاقة بين طول التغيير ودرجات الحرارة.

علاوة على ذلك، تُعتبر المبادلات الحرارية من المكونات الأساسية في أنظمة توليد الطاقة، حيث تضطلع بدور محوري في تحويل الحرارة الناتجة عن احتراق الوقود، أو التفاعلات النووية، أو حتى الطاقة الحرارية المركزة من مجمعات الطاقة الشمسية إلى طاقة ميكانيكية قابلة للاستخدام. تُبسط المبادلات الحرارية العمليات الحرارية التي تُعد جوهر المعدات المستخدمة في إنتاج الطاقة.

ومع ذلك، فإن تصميم المبادلات الحرارية يخضع لقيود معينة تؤثر على أنماط نقل الحرارة، مما يتطلب دراسة دقيقة لتحقيق أعلى كفاءة ممكنة. تم استخدام برنامج كومسول متعدد الفيزياء لإنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد لعملية نقل الحرارة، وقد تم الاعتماد على البيانات التجريبية للتحقق من صحة التنبؤات التي أُجريت بواسطة النموذج.

من خلال حساب معادلة درجة الحرارة لنقل الحرارة على طول المعدن، عرضت المحاكاة نموذجًا لتوزيع درجة الحرارة (بين 273.15 كلفن و373.15 كلفن)، وكذلك توزيع السرعة (من 0 إلى 0.07 متر/ثانية) والطول (من 0 إلى 15 سم) بمرور الوقت. ثم تم حل معادلة درجة الحرارة لنقل الحرارة، والذي يتعرض لنطاق ضغط يتراوح بين 0.02 و3.12 باسكال. تم اختيار سبيكة النيكل لهذا الاختبار نظرًا لقدرتها العالية على توصيل الحرارة مقارنة بالمعادن الأخرى. كما أن خفة وزن النيكل ورقته يجعله مناسبًا لتصميم أنظمة نقل حراري ممتازة، مما يسهل استخدامه في التطبيقات التي تتطلب أداءً حراريًا عاليًا.