انتقال حرارت چیست؟ انواع روش های انتقال گرما
انتقال حرارت یا انتقال گرما یکی از واحدهای تخصصی است که میان رشته های مهندسی بسیار پرکاربرد بوده و مهندسان با بهره گیری از آن و اموزش نرم افزار های مهندسی میتوانند در بخش های مختلف مشغول به کار شوند. این واحد درسی برای رشته های مهندسی مکانیک مهندسی پلیمر مهندسی انرژی مهندسی شیمی ، مهندسی هسته ای و مهندسی هوافضا بسیار پرکاربرد است و در برخی از آنها در 2 درس 3 واحدی ارائه میشود و پیش نیاز بسیاری از دروس میباشد.در این مقاله ضمن بررسی کلی مفهوم انتقال حرارت به معرفی سرفصل های دوره انتقال حرارت جهش پلیمر و نرم افزارهایی که با آن میتوان انتقال حرارت را بررسی کرد معرفی میکنیم.
مفهوم کلی انتقال حرارت یا انتقال گرما چیست؟
همانگونه که گفتیم انتقال حرارت میان زمینه های مختلف مهندسی بسیار کاربردی میباشد. ویکی از دروس مهم و اساسی در رشته های مهندسی پلیمر، هسته ای، مکانیک، انرژی، مواد و شیمی میباشد. و همچنین پایه مباحثی میباشد که درجهان بسیار کاربردی و از موضوعات مورد توجه میباشد یعنی مصرف و هدر رفت انرژی. بعلاوه در برخی صنایع مانند صنایع نفتی، نیروگاه ها، وصنایع پلیمری مانند اکسترودرها و دستگاه های تزریق،پنل های خورشیدی و تولید برق نقشی مهم و حیاتی علم انتقال گرما را می توان به راحتی درک کرد.
علم انتقال حرارت یا انتقال گرما بر پایه قوانین خاصی انتشار میابد و در اصل نحوه تبادل و انتشار گرما را بین دو شیء و یا دو محیط را بنا براساس اختلاف دما و اصل رسیدن به تعادل گرمایی بررسی میکند. پس دانستن مفاهیم اولیه انتقال حرارت و سپس مدلسازی انها میان تمامی صنایعی که به طوری به تاسیسات حرارتی مربوط اند،وبین انها به شکلهای مختلف گرما رد و بدل میشوند ضروری و لازم میباشد.
این درس مهم که در انگلیسی ان را heat transfer مینامند و میان رشته های مهندسی رایج است در مقطع کارشناسی در قالب 1 درس 3 واحدی و یا 2 درس 3 واحدی به صورت پیش نیاز دروس ارائه می گردد.به عنوان مثال این درس پیش نیاز دروس طراحی مبدل های حرارتی ، انتقال حرارت ۲، انتقال جرم و…میباشد.همچنین در کنکور کارشناسی ارشد پلیمر و این رشته ها و همچنین کنکور دکتری از دروسی است که یا به صورت مستقیم و یا غیر مستقیم از ان سوال مطرح میشود. به عنوان مثال در رشته مهندسی پلیمر از دروسی است که هرساله تقریبا 8 سوال به صورت مستقیم و چندین سوال به صورت غیر مستقیم در دروس ریاضیات سوال میاید.
کاربردهای درس انتقال حرارت
درس انتقال حرارت هماهنطور که اشاره کردیم دارای کاربرد های فراوانی میباشد.به عنوان مثال در اکسترودر پنل های خورشیدی و ذوب فلزات ،صنعت ریخته گری ، ساخت ظروف شیشه ای ،ساخت تجهیزات اشپزخانه مانند فر و سرخکن و..
به عنوان مثال شوفاژ ها و سیستم های تهویه هوا و رادیاتور موتور خودرو که در داخل ان آب در گردش است و داخل موتور را با جریان هوا و انتقال گرما خنک می کنند که از انواع دستگاه های حرارتی هستند که با بهره گیری از این علم کار میکنند و باید این را در نظر داشت که در رشته مهندسی پلیمر و تولید قطعات پلیمری اگاه بودن از قوانین انتقال حرارت به شدت بر تهیه قطعه مناسب و بدون عیوب فرایندی و مهم تر از همه با صرفه اقتصادی بسیار با اهمیت است.
نرم افزار های مناسب و کاربردی انتقال حرارت
1-نرم افزار کامسول
از جمله نرم افزار هایی که به تجزیه و تحلیل این بحث مهم یعنی انتقال حرارت میپردازد کامسول است (comsol) که از طریق رسانش و تابش با انتقالات و ماژول انتقال حرارت مباشد، یک افزودنی به کامسول است. این نرم افزار در حوزه مهندسی مکانیک، شیمی،برق،پلیمر، پزشکی و… جایگاه ویژه ای را به دست اورده است. اگر نمیدانید این ماژول چیست باید بگوییم ماژول انتقال حرارت مجموعه ای میباشد کامل از ویژگی هایی که برای بررسی و تأثیر بارهای گرمایی و طرح های حرارتی را شامل میشود. همچنین شما می توانید در زمینه های شار گرمایی و دما که در درون دستگاه ها ، ساختمان ها و قطعات هستند را مدل و شبیه سازی کنید. به عنوان مثال اگر قصد بررسی رفتاری خاص در دنیای واقعی در یک سیستم مورد نظرتان یا حتی طراحی کردن بطور عملی را دارید، به راحتی با یادگرفتن این نرم افزار اثرات فیزیکی متنوعی را در یک شبیه سازی درون محیط نرم افزار با قابلیت مدل سازی چند فیزیکی که درون نرم افزار موجود است، استفاده کرده و بهره ببرید. محیط طراحی نرم افزار قدرتمند کامسول امکان طراحی هندسه های مختلف را به مهندسین داده است. با این حال کامسول برای سهولت افراد در طراحیهای خود از رابط های مختلفی مانند کتیا،اتوکد، سالیدورک، اینورتور و …بهره میبرد. سایت مبتکران شیمی نیز توسط یکی از با تجربه ترین اساتید این دوره را با قیمتی مناسب به مهندسین ارائه میدهد.
تخصصی ترین ویژگی هایی که برای تجزیه و تحلیل در نرم افزار برای انتقال حرارت استفاده میشوند:
این ماژولها( این نرم افزار شامل ماژول های مختلفی مانند ماژول الکتریکی، ماژول شیمیایی، ماژول ردیابی ذرات، ماژول سیالاتی، ماژول مکانیکی، ماژول تعامل سازه سیال و چندین ماژول مختلف دیگر میباشد) ویژگی های بسیار مفیدی را داراست که یک مهندس را به شبیه سازی دقیق تر و اسانتر کمک خواهد کرد.
به عنوان مثال مواردی از این ویژگی ها را در زیر مشاهده میکنید:
- لایه های نازک و پوسته
- جریان غیر حرارتی و انتقال حرارت Conjugate
- تابش سطح به سطح
- تجزیه و تحلیل هدایت ، همرفت و تابش
- تغییر فاز
- همانگونه در بالا نام بردیم می توانید ازماژولهای انتقال حرارت به منظور مطالعه انواع انتقالات حرارت بهره برد:
- تابش – تشعشع
- هدایت
- همرفت
2-نرم افزار اباکوس
همانطور که میدانید قابلیت های نرم افزار های محاسبات مهندسی روز به روز توسعه یافته است و در حال افزایش است. به منظور شبیه سازی تقریبا این نرم افزار ها چه پیش از ساخت محصول و چه در فرآیند توسعه آن در همه شرکت ها و کمپانی هایی که محصولاتی صنعتی و حتی دانش بنیان تولید می نمایند، ، عملکرد محصول برایشان بسیار حائز اهمیت بوده و از این نرم افزارها بسیار بهره می برند. شبیه سازی ها در (Computer Aided Engineering) انجام میشوند که محاسبات مهندسی و یا مهندسی به کمک کامپیوتر نامیده میشود از مهم ترین دلایل شبیه سازی این است که محصول مورد نظرشان به دلیل گذراندن تعداد آزمایشات کمتر، باعث توسعه و کم شدن هزینه تولید شده است.
شبیه سازی پدیده ها و برهم کنش های مکانیکی نظیر انتقال گرما و حرارت و چگونگی توزیع دما، میزان تحمل در برابر بار های ضربه ای، سایش، خستگی و پاسخ سازه به تحریک های متناوب که در این محصولات روی می دهد، سبب پیش بینی عملکرد آنها در شرایط مختلف می شود. این نرم افزار کاربردی در بحث انتقال حرارت که Abaqus FEA نام دارد چندی قبل ABAQUS نامیده میشد ، که اباکوس نرم افزاری تجاری میباشد که برای تحلیل مهندسی و المان محدود به کمک کامپیوتر میباشد که در سال ۲۰۰۵ توسط شرکت Dassault Systemes خریداری شده و علامت SIMULIA که با هدف، توسعه انواع نرم افزارهای شبیه سازی این شرکت مثل کتیا و آباکوس تاسیس گردید. و جالب است بدانید که الگو و نام این نرم افزار الهام گرفته از چرتکه (abacus)میباشد که در سالیان گذشته به منظور محاسبه و عملیات ریاضی ساده مورد استفاده بوده.
3-نرم افزار انسیس فلوئنت
نرم افزار دیگری که میخواهیم درباره ان صحبت کنیم فلوئنت (Fluent)نامیده میشود،این نرم افزار پکیچ شبیه‌سازی دینامیک سیالات شماره یک جهان است انسیس فلوئنت یا Ansys Fluent نام نرم‌افزاری است که شرکت مطرح ANSYS ان را ارائه میدهد. البته نرم‌افزار انسیس فلوئنت تنها نرم‌افزاری نیست که توسط شرکت انسیس ارائه میشود. جالب است بدانید در حوزه شبیه‌سازی در سیالات نیز نرم‌افزار‌های دیگری مطرح میکند که میتوان به ANSYS CFX و ANSYS Polyflow اشاره کرد.
به کمک این نرم‌افزار طیف گوناگونی از مسائل حرارتی و به طور کل فیزیکی را نیز میتوان شبیه‌سازی نمود. مثلا میتوان از فلوئنت برای شبیه‌سازی انتقال حرارت به شیوه هدایت، جابجایی و تشعشع همچنین انواع جریان‌های آرام و آشفته، شبیه‌سازی باتری‌ها، مبدل‌های حرارتی، احتراق، جریان در کانال‌های باز،جریان‌های فراصوتی، محیط‌های متخلل، آکوستیک و صوت، اختلاط سیالات، ماشین‌های دوار، جریان‌های چندفازی، واکنش‌های شیمیایی، تعامل سیال و سازه یا FSI نام برد.
- حل Viscous برای شبیه‌سازی جریان آرام و آشفته
- حل Heat Exchanger برای شبیه‌سازی مبدل‌های حرارتی
- حل Radiation مختص شبیه‌سازی تشعشع
- حل انرژی برای شبیه‌سازی تأثیرات دما و معادله انرژی
- حل Multiphase برای شبیه‌سازی جریان‌های چندفازی
- حل Species برای شبیه‌سازی انتقال جرم
- حل Discrete Phase برای شبیه‌سازی جریان‌های چندفازی با فاز پراکنده
نتیجه گیری
فهمیدن این درس بسیار به مهندسان پلیمر در تولید قطعات و مباحث دستگاهی و عیب نقص تاثیر شگرفی خواهد داشت. قبل از یادگیری نرم افزار فهمیدن مفاهیم و حل مسائل به صورت دستی موجب میشود تا درک بهتری از وقایع حرارتی داشت و کارکردن با نرم افزار ها راحت تر بوده و در نتیجه عملکرد بهتری خواهد داشت و چه بسا با ندانستن یک سری مفاهیم قادر به کارکردن با نرم افزار ها نباشید. همه موارد صنعتی را که کنار بگذاریم انتقال گرما از دروسی است که در کنکور میتواند بسیار به شما کمک کند پس بهتر است ان را از مدرسی با تجربه که 10 سال سابقه تدریس دروس مهندسی پلیمر را دارد تهیه کنید. موسسه جهش پلیمر این امکان را فراهم کرده تا دروس تخصصی رشته مهندسی پلیمر را با استاد برجسته با سابقه بالا فرا گرفته و در کنکور،صنعت،دانشگاه از ان بهره بگیرید.
مطالب زیر را حتما مطالعه کنید
پلیمریزاسیون چیست؟ انواع پلیمریزاسیون
فرایند اکستروژن (Extrusion) صنعت پلیمر چیست؟
روش تولید قطعات و محصولات پلاستیکی؛ انواع فرایند شکلدهی
قالب گیری تزریقی چیست؛ کاربرد ها و مراحل تزریق
دیدگاهتان را بنویسید