در این مقاله قصد داریم انواع نرم افزار طراحی مبدل حرارتی را معرفی و بررسی کنیم. نرم‌افزارهای تخصصی در این حوزه به مهندسان کمک می‌کنند تا بتوانند طراحی دقیق‌تر، بهینه‌سازی عملکرد و شبیه‌سازی شرایط واقعی انتقال حرارت و جریان سیال را انجام دهند. با استفاده از این ابزارها می‌توان انتخاب نوع مبدل، محاسبات حرارتی و مکانیکی، تحلیل راندمان و حتی برآورد هزینه‌ها را ساده‌تر و دقیق‌تر انجام داد. در ادامه به مهم‌ترین نرم‌افزارهای طراحی مبدل حرارتی و ویژگی‌های آن‌ها خواهیم پرداخت.

1- نرم افزارHTRI، تحلیل و شبیه سازی انواع مبدل صنعتی

نرم‌افزار Heat Transfer Research Inc یکی از قدرتمندترین ابزارهای مهندسی برای طراحی، شبیه‌سازی و تحلیل مبدل‌های حرارتی در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی و نیروگاهی است. 

این نرم افزار طراحی مبدل حرارتی با مجموعه Xchanger Suite امکان بررسی دقیق انتقال حرارت، افت فشار، رفتار سیالات تک‌فازی و دوفازی، رسوب‌گذاری و حتی ارتعاش ناشی از جریان را فراهم می‌کند. گرچه HTRI ماژول‌های متنوعی برای انواع مبدل‌ها مانند صفحه‌ای، صفحه-پره‌ای، مارپیچی و خنک‌کننده‌های هوایی دارد، اما بیشترین کاربرد آن در طراحی و بهینه‌سازی مبدل‌ پوسته و لوله (Shell-and-Tube) است که پرکاربردترین نوع مبدل در صنایع سنگین محسوب می‌شوند. دقت بالای محاسبات و قابلیت شبیه‌سازی شرایط واقعی عملیاتی، باعث شده است HTRI  به عنوان مرجع اصلی در طراحی مبدل‌های حرارتی صنعتی شناخته شود.

2- برنامه Aspen EDR، طراحی حرارتی و مکانیکی مبدل

نرم‌افزار Aspen EDR یکی از ابزارهای تخصصی شرکت AspenTech است که برای طراحی، شبیه‌سازی و بررسی عملکرد انواع هیت اکسچنجر مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نرم‌افزار به مهندسان کمک می‌کند تا علاوه بر طراحی اولیه، امکان بررسی شرایط عملیاتی مختلف، بهینه‌سازی راندمان حرارتی و تحلیل افت فشار را نیز داشته باشند.

Aspen EDR  بیشتر برای طراحی و تحلیل مبدل‌های پوسته و لوله (Shell & Tube Heat Exchangers) استفاده می‌شود که پرکاربردترین نوع مبدل حرارتی در صنایع نیروگاهی هستند. علاوه بر آن، این نرم‌افزار قابلیت طراحی سایر مبدل‌ها مانند مبدل‌ هوا خنک، مبدل‌های صفحه‌ای و کندانسورها را نیز دارد، اما تمرکز اصلی و بیشترین دقت آن بر روی مبدل‌های پوسته لوله است.

3- نرم افزار CHEMCAD، برای مدلسازی اکسچنجرها

نرم‌افزار CHEMCAD یکی از مجموعه نرم‌افزارهای قدرتمند شبیه‌سازی فرآیندهای شیمیایی است که برای مهندسان شیمی و طراحی تجهیزات فرآیندی کاربرد گسترده دارد. این نرم‌افزار قابلیت شبیه‌سازی جریان مواد و انرژی، طراحی و تحلیل فرآیندهای شیمیایی، و مدل‌سازی سیستم‌های پیچیده شامل راکتورها، ستون‌های تقطیر، مبدل صنعتی و پمپ‌ها را دارد. CHEMCAD محیطی کاربرپسند با رابط گرافیکی دارد که امکان طراحی فرآیندها به صورت بلوک دیاگرام را فراهم می‌کند و شامل پایگاه داده گسترده‌ای از خواص ترمودینامیکی و مواد شیمیایی است.

در زمینه ساخت مبدل‌های حرارتی، CHEMCAD بیشتر برای طراحی مبدل پوسته و لوله و مبدل‌های صفحه‌ای (Plate Heat Exchanger) کاربرد دارد، زیرا این نرم‌افزار می‌تواند جریان‌های همزمان و متقاطع، انتقال حرارت جریانی، افت فشار و ظرفیت حرارتی را شبیه‌سازی و تحلیل کند. همچنین، CHEMCAD  برای طراحی مبدل‌ صنعتی ترکیبی و سیستم‌های چندجریانی نیز مناسب است، اما تمرکز اصلی آن بر انتقال حرارت در فرآیندهای شیمیایی و صنعتی است.

4- برنامه ANSYS Fluent / CFX، شبیه سازی و بهینه‌سازی جریان هیت اکسچنجرها

نرم‌افزار ANSYS Fluent / CFX  جزو پیشرفته‌ترین ابزارهای شبیه‌سازی و تحلیل جریان سیالات و انتقال حرارت در صنعت است و به‌ویژه برای طراحی و بهینه‌سازی هیت اکسچنجرها کاربرد فراوان دارد.

این نرم افزار طراحی مبدل حرارتی امکان مدل‌سازی جریان‌های پیچیده سیال، انتقال حرارت، واکنش‌های شیمیایی و جریان‌های چندفازی را فراهم می‌کنند. Fluent معمولاً برای جریان‌های پیچیده، توربولانس و هندسه‌های غیرمعمول مناسب است، در حالی که CFX برای شبیه‌سازی جریان‌های پایدار و سیستم‌هایی مانند توربین‌ها، پمپ‌ها و مبدل‌های حرارتی با دقت بالا کاربرد دارد. از نظر امکانات، این نرم‌افزارها توانایی شبیه‌سازی انتقال حرارت هدایت، همرفت و تابش را دارند و می‌توانند جریان‌های چندفازی و توربولانسی را به‌طور دقیق مدل کنند.

 همچنین امکان تحلیل واکنش‌های شیمیایی، شبیه‌سازی سوختن، رسوب و حرکت ذرات در سیال وجود دارد. با قابلیت مش‌بندی پیشرفته، طراحی پارامتریک و خروجی‌های گرافیکی دقیق، مهندسان می‌توانند توزیع دما، فشار و سرعت را در مبدل‌ها بررسی و بهینه‌سازی کنند.

با استفاده از آن‌ها، مهندسان می‌توانند عملکرد مبدل‌ها را پیش از ساخت واقعی بررسی کرده و طراحی بهینه‌ای با راندمان حرارتی بالا و افت فشار کم داشته باشند.

5- COMSOL Multiphysics، برای مدل سازی و تحلیل چند فیزیکی

COMSOL  Multiphysics یک برنامه برای شبیه‌سازی و تحلیل چندفیزیکی پیشرفته است که امکان مدل‌سازی و تحلیل پدیده‌های پیچیده مهندسی را با استفاده از روش المان محدود (FEM) فراهم می‌کند. این نرم افزار کاربردی طراحی مبدل حرارتی به دلیل قابلیت اتصال و تحلیل هم‌زمان چند فیزیک، در زمینه طراحی و بهینه‌سازی مبدل‌های حرارتی، الکتریکی، مکانیکی و جریان سیالات کاربرد فراوان دارد. برخی از قابلیت های آن:

1. 1-    امکان تحلیل همزمان پدیده‌های حرارتی، سیالاتی، مکانیکی، الکتریکی و مغناطیسی در یک مدل واحد.
2. 2-    شامل ماژول‌های Heat Transfer (انتقال حرارت)، CFD (جریان سیالات)، AC/DC، Structural Mechanics و Microfluidics که برای طراحی انواع مبدل‌ها کاربرد دارد.
3. 3-    امکان شبیه سازی انتقال حرارت هدایت، همرفت و تابشی و تحلیل مبدل‌های حرارتی فشرده، لوله‌ای و صفحه‌ای را دارد
4. 4-    طراحی پارامتریک، شبیه‌سازی شرایط مختلف عملیاتی و تعیین بهینه‌ترین هندسه و مواد برای مبدل.
5. 5-    امکان رسم هندسه سه‌بعدی، مش‌بندی خودکار، مشاهده نتایج به صورت نمودار، کانتور و جریان برداری.
6. 6-   امکان اتصال به MATLAB برای پردازش داده‌های پیشرفته و وارد کردن نتایج از CAD  و خروجی گرفتن به فرمت‌های استاندارد مهندسی را دارد.

6- برنامه HEXTRAN، تحلیل عملکرد اکسچنجر صنعتی

نرم‌افزار HEXTRAN یک ابزار تخصصی برای ساخت، شبیه‌سازی و تحلیل عملکرد هیت اکسچنجر صنعتی است که توسط شرکت Invensys Process Systems توسعه یافته است. این نرم‌افزار به‌ویژه در صنایع شیمیایی، شرکت نفت، گاز کاربرد گسترده‌ای دارد. قابلیت‌ها و امکانات نرم‌افزار  HEXTRANشامل:

1. 1.    طراحی و تحلیل مبدل‌های حرارتی
2. 2.    شبیه‌سازی شبکه‌های اکسچنجر حرارتی
3. 3.    بررسی و تحلیل جریان‌های تقسیم‌شده در مبدل‌های حرارتی برای بهبود کارایی.
4. 4.    رابط کاربری گرافیکی مبتنی بر ویندوز برای تسهیل در استفاده و تعامل با نرم‌افزار.
5. 5.    امکان بهینه‌سازی فرآیندهای شستشوی مبدل‌ها برای حفظ عملکرد و افزایش عمر مفید آن‌ها.
6. 6.    توانایی تولید دیتاشیت‌های استاندارد TEMA در فرمت‌های HTML و Excel برای مستندسازی و گزارش‌دهی.
7. 7.    امکان انجام تحلیل‌های انرژی برای شناسایی نقاط بحرانی و بهینه‌سازی مصرف انرژی در سیستم‌های حرارتی.

7- نرم افزار SWEP، طراحی انواع مبدل صفحه ای

نرم‌افزار SWEP یکی از ابزارهای تخصصی برای طراحی و تحلیل مبدل‌ حرارتی صفحه‌ای  (Plate Heat Exchanger)  است. این نرم‌افزار به مهندسان امکان می‌دهد تا با دقت بالایی ابعاد، جنس صفحات، تعداد صفحات و نوع جریان سیال را برای دستیابی به عملکرد بهینه مبدل تعیین کنند.

 SWEP به‌طور خاص برای مبدل‌ صفحه‌ای جوشی، لحیمی یا نیمه‌جوشی مناسب است و به دلیل رابط کاربری ساده و پایگاه داده گسترده از مدل‌های صفحات، فرآیند طراحی را سریع و دقیق می‌کند. این نرم‌افزار همچنین قابلیت شبیه‌سازی رفتار حرارتی و هیدرولیکی هیت اکسچنجر را قبل از تولید واقعی فراهم می‌آورد تا از ایجاد مشکلات عملکردی جلوگیری شود.

از نظر امکانات، SWEP توانایی محاسبه افت فشار، انتقال حرارت، نرخ جریان بهینه، دمای خروجی سیالات و تحلیل چند مرحله‌ای را دارد. همچنین امکان مقایسه انواع صفحات، مواد و ترکیب‌های مختلف جریان را فراهم می‌کند تا بهترین گزینه برای کاربرد صنعتی مشخص شود. قابلیت تولید گزارش‌های کامل طراحی، نمودارهای دما و فشار، و ذخیره پروژه‌ها برای اصلاحات بعدی از دیگر ویژگی‌های این نرم‌افزار است. SWEP به مهندسان کمک می‌کند تا اکسچنجر‌هایی با راندمان بالا، اندازه بهینه و هزینه تولید مناسب طراحی کنند و در صنایع مختلف از جمله تهویه مطبوع، صنایع غذایی و پتروشیمی کاربرد دارد.

8- برنامه TASC، طراحی حرارتی و بررسی عملکرد

TASC یکی تخصصی ترین نرم افزاهای طراحی مبدل حرارتی است که مهندسان فرآیند را قادر می‌سازد تا به دقت پارامترهای انتقال حرارت، جریان سیال و افت فشار را محاسبه کنند. این نرم‌افزار محیطی جامع برای مدل‌سازی مبدل‌ پوسته و لوله، صفحه‌ای و دیگر انواع متداول فراهم می‌آورد و با استفاده از الگوریتم‌های پیشرفته، تحلیل رفتار حرارتی در شرایط مختلف عملیاتی را ارائه می‌دهد.

 TASC برای بهینه‌سازی طراحی مبدل صنعتی، امکان مقایسه چند سناریوی عملکردی و انتخاب بهترین ترکیب هندسی و سیالی را فراهم می‌کند، به طوری که متخصصان می‌توانند طراحی‌هایی با راندمان بالاتر و مصرف انرژی کمتر ایجاد کنند.

از نظر قابلیت‌ها، TASC  تحلیل‌های جامعی از جمله تعیین دما و فشار سیال در نقاط مختلف مبدل، بررسی توزیع حرارت و جریان و ارزیابی مقاومت حرارتی ارائه می‌نماید. همچنین توانایی انجام شبیه‌سازی‌های چندمرحله‌ای و سنجش حساسیت پارامترها به شرایط عملیاتی متفاوت را داراست، که طراحی‌های دقیق‌تر و قابل اعتمادتر را امکان‌پذیر می‌سازد. این نرم‌افزار برای پروژه‌های صنعتی با پیچیدگی‌های بالا و نیاز به تحلیل دقیق مبدل‌های حرارتی، به عنوان یک ابزار کلیدی در چرخه طراحی و بهینه‌سازی شناخته می‌شود.

9- نرم افزار HTFS برای طراحی انواع هیت اکسچنجرها

HTFS  (Heat Transfer and Fluid Flow System) نرم‌افزاری تخصصی برای طراحی و تحلیل مبدل‌های حرارتی است که مهندسان را در بررسی جریان سیال و انتقال حرارت یاری می‌دهد. برای مثال، یک مهندس می‌تواند با استفاده از  HTFS، یک مبدل پوسته و لوله را مدل‌سازی کند، دمای ورودی و خروجی سیال‌ها را مشخص کند و نرم‌افزار، ضخامت لوله‌ها، افت فشار و پروفیل دمایی را به صورت دقیق محاسبه کند.

 علاوه بر این، HTFS  امکان بررسی تغییرات عملکرد مبدل صنعتی تحت شرایط عملیاتی مختلف، مانند افزایش دما یا تغییر فشار، را فراهم می‌کند و به طراح کمک می‌کند تا بهترین طراحی ممکن با کارایی بالا و مصرف انرژی بهینه را انتخاب نماید.

10- نرم افزار TICP، محاسبه عایقکاری حرارتی

این نرم‌افزار برای شبیه‌سازی انواع روش‌های عایق‌بندی به کار می‌رود و مجموعه‌ای کامل از استانداردها و ویژگی‌های مختلف عایق‌های متداول را در اختیار قرار می‌دهد. قابلیت‌های آن شامل محاسبه ضخامت بهینه عایق، تحلیل پروفیل دما، ارزیابی خواص حرارتی و برآورد هزینه‌های مرتبط است.

11- برنامه  MUSE، شبیه سازی مبدل‌های صفحه ای پره دار

MUSE به تحلیل مبدل‌های پیشرفته، به‌ویژه مبدل‌های چندجریانی و پیچیده همچون مبدل پره ای می‌پردازد. این نرم‌افزار امکان مدل‌سازی جریان‌های غیرخطی و تلاطم را فراهم می‌کند و پیش‌بینی دما و فشار در هر نقطه از مبدل را با دقت بالایی انجام می‌دهد. همچنین ابزارهایی برای بهینه‌سازی هندسه و ساختار داخلی مبدل در اختیار قرار داده تا کارایی کلی سیستم افزایش یابد.

آرکاصدر تولید کننده انواع مبدل حرارتی صنعتی 

هدف شرکت آرکا صدر از ارائه این مطلب، آشنایی خوانندگان با فرآیند طراحی و ساخت انواع هیت اکسچنجر شامل مبدل حرارتی صفحه ای گسکت دار، مبدل حرارتی جوشی و قطعات مبدل حرارتی و... است. این مجموعه با پشتوانه سال‌ها تجربه و اجرای پروژه‌های متنوع، توانسته اعتبار و اعتماد گسترده‌ای در میان مشتریان و صنعتگران به دست آورد و همواره در مسیر ارائه راهکارهای کارآمد و با کیفیت در حوزه مبدل‌های حرارتی حرکت کند.