تجزیه و تحلیل بهینه سازی جریان برج خنک کننده

به دلیل تاثیر بر جریان هوای گرم و مرطوب، باعث افزایش دما و رطوبت می‌شوند. به طور کلی هوای محیط اطراف برج‌های خنک کننده بر عملکرد آنها نیز تاثیر مستقیم دارند. جریان هوای درون کولینگ تاورها یک جریان متقاطع است که از کنار دستگاه وارد شده و به قسمت پایین می‌رود. در این مقاله، در مورد تجزیه و تحلیل بهینه سازی جریان هوای برج‌های خنک کننده صحبت خواهیم کرد.

داده‌های یک شبیه سازی انجام شده، نشان می‌دهد که دمای هوای ورودی به دستگاه کمتر از مقدار جریان برگشتی از آن می‌باشد. زیرا جریان هوا درون برج‌های خنک کننده، ورود هوای وارده را یکنواخت‌تر کرده و در نتیجه سرعت باد اگزوز بیشتر می‌شود. همچنین شبیه سازی نشان می‌دهد که کولینگ تاور به طور موثری جریان برگشتی را کاهش می‌دهد و قادر است تا اثرات نامطلوب بوجود آمده از طراحی نامناسب را کاهش دهد.

کولینگ تاورها از تجهیزات موثر در سیستم تهویه مطبوع هستند که تاثیر بسزایی در راندمان خنک سازی سیستم تهویه مطبوع دارد. به دلیل زیبایی ظاهری این سیستم و محدودیت‌های محل نصب آن، برج‌های خنک کن معمولاً در مکان‌هایی مثل سقف ساختمان و غیره نصب می‌گردند. به منظور جلوگیری از ایجاد سر و صدا در محیط اطراف، برای این سیستم، یک نویزگیر نصب می گردد تا از برگشت جریان هوای گرم و مرطوب به درون برج جلوگیری کند.

اگر سرعت برگشت هوای گرم و مرطوب زیاد باشد با عملکرد طولانی مدت برج، درجه حرارت هوای ورودی و رطوبت کولینگ تاورها افزایش یافته و اثر خنک کنندگی برج کاهش می‌یابد.

تحقیقات نشان می‌دهد در زمانی که میزان جریان برگشتی به مقدار50 درصد افزایش می‌یابد، دمای آب خروجی نیز 16/9 درصد افزایش پیدا می‌کند. در نتیجه انتقال حرارت 68/40 درصد کاهش می‌یابد، شاخص راحتی 92/1درصد تغییر می‌کند، دمای هوای خروجی 18/2 درصد و رطوبت نسبی هوای خروجی نیز 4/10 درصد افزایش می‌یابد.

برای تجزیه و تحلیل و بررسی بهینه سازی جریان هوا درون برج ‌های خنک کننده نباید فقط به تجربه های مهندسی تکیه نمود، زیرا این موضوع کار پیچیده ای است. برای شروع تجزیه و تحلیل، ابتدا باید نسبت به اندازه گیری آزمایشی اقدام شود. سپس با استفاده از فن آوری CFD شبیه سازی عددی را انجام داد. به طور کلی تجزیه و تحلیل بهینه سازی جریان، کم هزینه بوده و به زمان کوتاهی نیاز دارد.

این پروژه برای ساخت برج ‌های خنک کن در یک منطقه تجاری می‌باشد که بر روی سقف قرار گرفته است. در اطراف دیوارهای بسته شده برای کاهش سر و صدا بر مناطق مسکونی 20 متر دورتر، قرار دارد. یک دیواره خارجی به عنوان جدا کننده سیستم از کانال هوا، از وسط با عرض 8.2 متر قرار داده شده است که شیب این دیواره 10 درصد است و به دو کانال تقسیم می‌شود. نیمه بالایی کانال خروجی و نیمه پایینی آن کانال، ورودی می‌باشد.

مجرای خروجی برج ‌های خنک کننده، می تواند از تداخل هوای گرم و مرطوب بین برج ها جلوگیری نماید. ورودی و خروجی دستگاه توسط دیواره‌ها و شیب جدا شده است که این کار به کاهش جریان برگشتی کمک می‌کند.

شبیه سازی عددی بهینه سازی جریان هوا درون برج ‌های خنک کننده

• شبیه سازی شرایط و پارامترهای مرزی

برج خنک کننده بر روی سقف بسته قرار می‌گیرد، بنابراین خارج از محیط در نظر گرفته نمی‌شود. با در نظر گرفتن تغییرات دما ناشی از نیروی شناور، تراکم هوا و بالابر باید میزان هوای ورودی به برج خنک کننده تنظیم شود.

فاصله میانی بین جریان متقاطع دستگاه در یک ردیف، 2 متر تنظیم شده است. اگر جریان ‌های برج خنک کننده در دو ردیف تنظیم شوند، فاصله بین دو ردیف باید 5/2 متر باشد و پنج برج خنک کن MD5018 در ردیف جلو و چهار کولینگ تاور MD5016 در ردیف عقب قرار گیرند.

نتایج شبیه سازی و تجزیه و تحلیل بهینه سازی جریان هوای برج خنک کننده

• روش محاسبه میزان جریان مجدد

X + Y = Q

34.2x + 37y = T × Q

نتایج شبیه سازی و تحلیل جریان متقاطع

برای بدست آوردن نتیجه شبیه سازی و تحلیل جریان متقاطع، باید از طریق کانال، سرعت بادی که از آن خارج می‌شود را محاسبه کرد. از نتایج شبیه سازی می‌توان این نتیجه را گرفت که وجود فضا بین سربار و دستگاه باعث می‌شود، درجه حرارت اتاق افزایش یابد. هرچه افزایش دما بیشتر باشد، جریان هوای منطقه ای بدتر می‌شود و جریان برگشتی بیشتر می‌ گردد.

جریان هوای ورودی به برج بهتر است از قسمت جلو وارد شود تا هوا به طور مساوی جریان یابد. وارد شدن باد و هوا از قسمت عقب و راست، دشوار است و باعث افزایش سرعت باد می شود. افزایش دمای برج ‌های خنک کننده باعث می شود جریان متقاطع کمتر شود. تصاویر و شبیه سازی ها نشان می دهد که بیشترین تاثیر بر روی جریان برگشتی را در سمت عقب و سمت راست برج نزدیک دیواره خواهیم داشت. در این حالت حداکثر دمای هوای ورودی نزدیک دیواره سمت راست 5/34 درجه سانتی گراد است.

هرزمان بخواهید یک یا چند قطعه کولینگ تاور خود را تعویض کنید . ما می توانیم به شما در انتخاب آن کمک کنیم تا قطعات ارزان قیمت پروانه برج خنک کننده را تهیه کنید مانند: پکینگ ، اسپرینکلر ، قطره گیر ، فن محوری ، لوور ، نازل و…

عبور از لوله خروجی و پنجره رو به بالا

به دلیل اضافه شدن 15 درجه به پنجره ها، هوای خروجی به سمت بالا جریان می یابد و سرعت باد به 16 متر بر ثانیه افزایش پیدا می کند. این امر بر کاهش میزان گردش مجدد در برج خنک کننده تاثیر دارد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد، دمای ورودی 8/34 درجه سانتی گراد و افزایش دما 6/0 درجه می باشد. نرخ برگشت جریان محاسبه شده 7/5 است.

جریان متقاطع به علاوه 2/2 متر ورودی لوور هوا

ورودی لوور هوا و دیواره داخلی تعبیه شده برای ورود هوا، باعث کاهش حجم هوای در جریان می گردد. در این حالت برج خنک کننده باعث بهبود توزیع می شود. حداکثر دمای ورودی به برج 43/34 درجه کاهش یافته و افزایش دما 23/0 درجه بوده است. نرخ برگشت جریان محاسبه شده نیز 26/1 می باشد.

انواع جریان هوای داخل برج خنک کننده

جریان هوای درون برج‌ های خنک کننده به دو دسته جریان مخالف و جریان متقاطع تامین می شود. بر این اساس نیز به دو طبقه کلی تقسیم بندی می شوند:

• برج خنک کننده جریان مخالف (COUNTER FLOW COOLING TOWER)
• برج خنک کننده جریان متقاطع (CROSS FLOW COOLING TOWER)

جریان هوا در برج های خنک کننده جریان مخالف (Counter Flow)

جریان هوا در به این صورت است که ابتدا از پایین برج خنک کننده هوا پس از عبور از دریچه ورودی (Louver) توسط جریان القایی فن برج خنک کننده به صورت جریان مخالف نسبت به ریزش آب از پکینگ برج خنک کننده مدار باز و از لوله های کویل در برج خنک کننده مدار بسته عبور می کند، سپس از قطره گیرها عبور کرده و از طریق گذر از فن کولینگ تاور از دستگاه خارج می شود.

در برج های خنک کننده جریان متقاطع (Cross Flow) هوا از طریق دریچه های نصب شده در دیواره های کناری برج خنک کننده با زاویه 90 درجه نسبت به ریزش آب در پکینگ ها وارد برج خنک کننده می شود و باعث خنک شدن آب می شود.

جریان هوا در برج های خنک کننده جریان متقاطع (CROSS FLOW)

در ، آب از بالای برج به پایین ریزش می کند و هوا نیز از کناره ها بصورت افقی وارد برج می شود که این برخورد آب با هوا در برج خنک کننده به صورت متقاطع انجام می شود. سیستم توزیع آب در برج های جریان متقاطع با کمک گرانش زمین انجام می شود که با حذف سیستم مکانیکال، امکان خرابی هم از بین می رود.

از طرفی در سیستم های جریان متقاطع سطح بیشتری از آب با هوا در تبادل حرارتی است و به همین دلیل راندمان این مدل برج ها نیز بالاتر است. به دلیل برخورد قطرات آب و هوا به صورت افقی، موضوع دریفت یا پرتاب آب به خارج از برج وجود نخواهد داشت و به همین دلیل پرت آب کمتری داریم.

برج خنک کننده جریان متقاطع مانند برج مدل جریان مخالف، دارای 4 دریچه برای ورود هوا نداشته و فقط از دو طرف دستگاه ورود هوا انجام می شود که البته ارتفاع دریچه (لوورها) تقریبا برابر با ارتفاع خود کولینگ تاور می باشد.

عوامل ایجاد جریان هوای عبوری بهتر در برج خنک کننده

• ابعاد دریچه هوا یا Louver

دریچه های ورود هوا در برج خنک کننده

ابعاد دریچه یکی از عامل های مهم در جریان هوا در برج خنک کننده می باشد. سرعت هوای عبوری از دریچه ها هر چقدر بالاتر باشد افت هوای عبوری بالاتر می رود و از طرفی نیاز به فن بزرگتر و الکتروموتور قوی تر پیدا می کند.

به همین دلیل باید سطح دریچه ها به صورتی باشد که سرعت هوای عبوری از دریچه ها کاهش یابد تا افت هوا کمتر شود به همین علت سطح لوور یا دریچه های برج خنک کننده از عوامل بسیار مهم در بهینه سازی جریان هوا در برج خنک کننده می باشد. سرعت عبوری هوا از دریچه ها باید از سرعت هوای عبوری از سطح پکینگ ها کمتر باشد.