تخمین دمای جریان سیال داخل لوله‌ افقی با استفاده از روش انتقال حرارت معکوس تحلیلی

نوع مقاله : مقاله مکانیک

نویسندگان

1 دانشگاه یاسوج

2 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه یاسوج

چکیده

در صنایع برای انتقال سیالات معمولا از لوله‌ها استفاده می‌شود. تعیین دمای سیال درون لوله‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است. اگر چه روش‌های تجربی مختلفی جهت اندازه‌گیری دمای سیالات درون لوله‌ها وجود دارد ولی مواردی نیز وجود دارد که اندازه‌گیری دمای این سیالات به روش‌های تجربی مشکل یا غیر ممکن است. در این موارد روش انتقال حرارت معکوس می‌تواند تخمینی مناسب از دمای سیال داخل لوله‌ها در اختیار ما قرار دهد. روش‌های تحلیلی و عددی فراوانی جهت حل مسائل معکوس وجو د دارد. در این پژوهش تخمین دمای سیال داخل لوله‌ها با استفاده از روش معکوس تحلیلی در دو حالت مورد بررسی قرار خواهد گرفت. در حالت اول شرط مرزی سطح خارجی لوله دما ثابت و در حالت دوم سطح خارجی لوله عایق می‌باشد. نتایج به‌دست آمده نشان می‌دهد که روش انتقال حرارت معکوس تحلیلی می‌تواند تخمینی مناسب از دمای سیال داخل لوله‌ها در شرایط مختلف در اختیار ما قرار دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Estimation of flow temperature in horizontal pipe using analytical inverse heat transfer

نویسندگان [English]

  • Koorosh Goudarzi 1
  • Ahmad Bahrami 2
2 Yasouj University
چکیده [English]

Pipeline systems are widely used in gas refineries, oil factories chemical power plants. It is important to measure the fluid temperature in this pipeline. Numerous cases, however, exist where the internal fluid temperature is not available and only an outside wall temperature measurement is feasible. Recently inverse heat transfer problems have been analyzed for the situations where a direct measurement of boundary/initial conditions, or thermophisical properties are difficult, or indeed impossible, to carry out. Various numerical approaches have been proposed to estimate fluid temperature in the pipes. In this study, the analytical method is applied to solve the one-dimensional inverse heat conduction problem, in order to estimate fluid temperature in the pipes, based on the exact outer wall temperature. The fluid temperature is assumed to be a polynomial. The unknown polynomial coefficients are found by combining the method of Duhamel's theorem and the least squares method. The results show that the fluid temperature in the pipes can be accurately estimated by using the inverse heat transfer method.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Inverse heat transfer
  • Analytical method
  • flow temperature in pipe
  • The surface temperature of tube
[1] جی. وی. نیکولاس و دی. آر. وایت، اندازه‌گیری و کالیبراسیون دما، مؤسسه علمی و فرهنگی نص، ایران، 1391.
[2] سیدرضا رمضانی، کورش گودرزی، «مقایسه روش‌های انتقال حرارت معکوس جهت تخمین ضریب انتقال حرارت تماسی»، مجله مدل‌سازی در مهندسی دوره 12، شماره 37، 1393، صفحه 25-38.
[3] M. Guyette, Prediction of fluid temperatures from measurements of outside wall temperatures in pipes, Tractable Energy Engineering, pp.179-187, 1994
[4] F.L.V. Vianna, H.R.B. Orlande and G.S. Dulikravich, “Estimation of the temperature filed in pipelines by using the kalman filter”, 2nd International Congress of Serbian Society of Mechanics, Department of Subsea Technology, June 2009.
[5] M. Lin, Q.W.Wang and Z.X.Guo, "A simple method for predicting bulk temperature from tube wall temperature with uniform outside wall heat flux", International communication Heat and Mass Transfer 39, 2012, pp. 582-586.
[6] J. Gorman, E. Sparrow and J. Abraham, "Differences between measured pipe wall surface temperatures and internal fluid temperatures", Case Studies in Thermal Engineering, Vol. 1, 2013, pp. 13-16.
[7] T. Lu, B. Liu, P.X. Jiang, Y.W. Zhang and H. Li , "A Two-Dimensional Inverse Heat Conduction Problem in Estimating The Fluid Temperature In a Pipeline", Applied Thermal Engineering, Vol. 30, 2010, pp. 1574-1579.
[8] T. Lu , W.W. Han , P.X. Jiang , Y.H. Zhu , J. Wu and C.L. Liu , "A two-dimensional inverse heat conduction problem for simultaneous estimation of heat convection coefficient", fluid temperature and wall temperature on the inner wall of a pipeline,Progress in Nuclear Energy 81, 2015, pp. 16