تحلیل حرارتی پارامتری فرول‌ کوره SRU (متلب وترجیحا پایتون)

این پروژه با هدف ارزیابی و بهینه‌سازی رفتار حرارتی فرول‌های سرامیکی (Alumina Ferrules) در ورودی بویلر بازیاب حرارتی (Waste Heat Boiler) واحدهای بازیافت گوگرد (SRU) تعریف شده است. تمرکز کامل این پروژه بر روی تحلیل انتقال حرارت (Heat Transfer Analysis) در حالت‌های پایا بوده و هدف نهایی، دستیابی به توزیع دقیق دما در قطعه و اجزای مجاور است. برای این منظور، نیازمند طراحی یک اسکریپت یا برنامه پارامتری هستیم که بتواند با دریافت هندسه و خواص مختلف، شبیه‌سازی حرارتی را به‌صورت خودکار اجرا کند. مستندات و جزئیات فنی: 1. هندسه و مشخصات قطعه: • قطعه اصلی: فرول سرامیکی با مقطع خارجی شش‌ضلعی و مجرای عبور گاز دایروی. • ابعاد ورودی: کاملاً پارامتری (قابلیت تغییر طول، ضخامت دیواره و قطرها در برنامه). • مجموعه مدل‌سازی: فرول، لایه‌های نسوز پشتیبان (Refractory)، واشر عایق (Ceramic Paper) و بخش ابتدایی تیوب‌شیت فلزی. 2. شرایط مرزی و حرارتی: • سمت داغ (داخل فرول و پیشانی): برخورد با گازهای فرآیندی کوره با دمای 1000 تا 1600 درجه (اعمال شرایط مرزی جابجایی حرارتی و تابش/Radiation). • سمت سرد (تیوب و تیوب‌شیت): مجاورت با آب/بخار بویلر با دمای حدود 100 تا 400 درجه. • خواص مواد: ضریب هدایت حرارتی، ظرفیت حرارتی ویژه، و جرم حجمی 3. روش اجرای پروژه: • اتوماسیون: ایجاد یک اسکریپت (مثلاً با Python) جهت خواندن متغیرهای ابعادی و جنس ماده از یک فایل ورودی (Excel/CSV)، به‌روزرسانی خودکار هندسه و مش‌بندی، اعمال شرایط مرزی حرارتی و اجرای تحلیل. 4. خروجی‌های مورد انتظار: • کد منبع اسکریپت اتوماسیون و فایل‌های اصلی شبیه‌سازی. • پروفایل توزیع دما (Temperature Profile) در طول و ضخامت فرول. • تعیین گرادیان دما در نقاط بحرانی (به‌ویژه لبه پیشانی فرول). • دمای سطح تماس فرول با واشر نسوز و تیوب‌شیت فلزی. 5. تحلیل اصلی این پروژه، تحلیل حرارتی فرول سرامیکی است؛ اما علاوه بر تمام خروجی‌های دمایی، باید انبساط حرارتی ناشی از میدان دما نیز محاسبه شود. مدل یا اسکریپت باید به‌گونه‌ای طراحی شود که پارامترهای اصلی از طریق یک فایل ورودی مانند Excel یا CSV دریافت شوند. ورودی‌ها در سه گروه اصلی تعریف می‌شوند: 1. خواص حرارتی و انبساطی ماده؛ 2. شرایط دمایی و انتقال حرارت؛ 3. پارامترهای هندسی قطعه و مجموعه. ورودی خواص حرارتی و انبساطی ماده؛ برای هر جزء اصلی مدل، مانند فرول سرامیکی، لوله، کاغذ نسوز و در صورت نیاز نسوز اطراف، خواص زیر باید به‌صورت دستی قابل ورود باشند. ردیف پارامتر ورودی نماد توضیح ۱ ضریب هدایت حرارتی 𝑘 برای محاسبه انتقال حرارت هدایتی در فرول، لوله و کاغذ نسوز ۲ ظرفیت گرمایی ویژه C p برای تحلیل حرارتی گذرا و محاسبه ذخیره حرارت در ماده ۳ ضریب انبساط حرارتی α برای محاسبه تغییر طول، قطر و ابعاد قطعه در اثر دما در این مرحله، خواص ماده به‌صورت دستی وارد می‌شوند و ضرورتی ندارد که نرم‌افزار ارتباط مستقیمی بین نام ماده و مقادیر خواص برقرار کند. ورودی شرایط دمایی و مرزی ۱ دمای گاز ورودی سمت داغ ۲ دمای سمت خروجی/سمت سرد ۳ ضریب جابجایی سمت داغ ۴ ضریب جابجایی سمت سرد ۶ دمای محیط تابشی اطراف ورودی‌های هندسی پیشنهادی ۱ طول قسمت چندضلعی فرول طول بدنه سرامیکی با سطح بیرونی چندضلعی ۲ طول بخش لوله‌ای/استوانه‌ای اگر فرول دارای امتداد لوله‌ای است ۳ قطر داخلی مجرا قطر عبور گاز ۴ ضخامت دیواره فرول برای تعیین قطر بیرونی ۵ ضخامت کاغذ نسوز Ceramic Fiber Paper/Washer ۶ قطر بیرونی یا اندازه چندضلعی مثلاً فاصله دو وجه روبه‌رو در شش‌ضلعی ۷ طول تماس با تیوب‌شیت برای محاسبه ناحیه انتقال حرارت ۸ ضخامت تیوب یا لوله فلزی اگر لوله هم در مدل باشد ۹ ضخامت یا عمق مدل تیوب‌شیت در حد لازم برای انتقال حرارت خروجی‌های مورد انتظار برای دما و انبساط حرارتی ۱ توزیع دما در فرول شناسایی نواحی داغ و سرد ۲ گرادیان دما در طول فرول بررسی افت دما از سمت کوره به سمت بویلر ۳ گرادیان دما در ضخامت دیواره ارزیابی ریسک شوک حرارتی ۴ دمای سطح تماس با کاغذ نسوز بررسی تحمل عایق و واشر ۵ دمای سطح تماس با تیوب‌شیت/لوله حفاظت از اجزای فلزی ۶ انبساط طولی فرول محاسبه افزایش طول در اثر حرارت ۷ انبساط شعاعی/قطری بررسی گیرکردن، لقی یا فشار تماس ۸ تغییر ضخامت مؤثر اثر روی فیت شدن داخل مجموعه ۹ نمودار Δ 𝐿 و Δ 𝐷 نسبت به دما مقایسه سناریوها