بخشی از مقاله
چکیده
گردش آب خنک کننده در صنایع نفت و گاز و نیروگاه با هدف حذف گرما از چرخه و خارج شدن آن به محیط است. یکی ازسیستم های خنک کننده مناسب برای این منظور، سیستم برج خنک کننده خشک مکش طبیعی است که به طور گسترده ای در مناطق با کمبود آب ، مانند کشور ما ایران استفاده می شود .در برج های خنک کننده، آب گرم به رادیاتورها عمودی که همه در اطراف برج چیده شده اند پمپ می شود. پس از آن این برج باید قادر به خنک کردن آب در گردش باشد.هوا گرم سپس از طریق دهانه بالای برج به محیط تخلیه می شود. شرایط محیط به شدت بر عملکرد برج خنک کننده هلر تاثیر گذار است.
در تحقیق حاضر هدف شبیه سازی برج با استفاده از نرم افزار فلوئنت می باشد. در ابتدا یک برج خنککن منفرد در شرایط طراحی شبیه سازی شده و معادلات پیوستگی ،ممنتوم و انرژی با استفاده از نرم افزار مذکور حل میگردد. عملکرد برج شبیه سازی شده با برج واقعی مقایسه گردیده و پارامتر های مختلف نظیر فشار ، سرعت و توسعه یافتگی جریان مشاهده و مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیردنهایتاً. مشاهده می گردد که تطابق بسیار خوبی بین مدل واقعی و شبیه سازی شده وجود دارد.
-1 مقدمه:
پدیده انتقال حرارت نقشی عمده در مطالعات علوم مهندسی گرمایی داشته و یکی از مباحث اساسی در صنعت میباشد. یکی از طبقهبندیهای انتقال حرارت جابجایی بر اساس طبیعت جریان میباشد. یعنی هنگامی که جریان توسط عوامل خارجی نظیر دمنده، پنکه و یا وزش باد تولید میشود،با جابجایی اجباری روبرو هستیم. در صورتی که اگر جریان توسط نیروی شناوری ناشی از تغییرات جرم مخصوص ایجاد شود با جابجایی طبیعی مواجه هستیم.
برج خنککن خشک با مکش طبیعی1 که یکی از اجزاء اصلی سیستم خنککن صنعتی بوده و نقش مهمی در صرفه جویی در زمینه انرژی و آب ایفا میکند. این نوع سیستم خنککن عمدتاً در مناطق خشک جهان که با کمبود منابع آب روبرو هستند، مانند جنوب آفریقا، خاورمیانه، شمال چین و در ایران قابل استفاده میباشد. برج خنککن با مکش طبیعی هلر2برای نخستین بار در نیروگاه ذوب آهن مجارستان در سال 1961 مورد استفاده قرار گرفت و پس از آن،این سیستم خنککن مورد استقبال دیگر کشورها قرار گرفت .
سابقه برج خنککن غیرمستقیم - هلر - در ایران با نیروگاه حرارتی شهید محمد منتظری اصفهان در سال 1979 شروع گردیده - شکل - 1 و حتی در حال حاضر نیز در برخی صنایع این گونه برجها در حال ساخت میباشد.[1] اندازهگیریهایی در مقیاس واقعی برای مطالعه عملکرد حرارتی برجهای خنککن خشک صورت گرفته است. اما با توجه به اندازه بسیار بزرگ برجهای خنککن خشک و فیزیک پیچیده جریان سیال در آنها، انجام آزمایشهایی مانند اندازهگیری توزیع سرعت و دمای جریان سیال دشوار میباشد لذا بهرهگیری از روشهای عددی 3CFD برای اندازهگیری متداول می باشد.
برای تبادل حرارت بین آب گردشی و محیط در سیستمهای خنککن خشک از مبدلهای حرارتی فشرده استفاده می شود به گونهای که تنها در اثر اختلاف دمای آب و هوای محیط تبادل حرارت صورت میگیرد. بنابراین، در چنین سیستمی نیازی به دسترسی به یک منبع بزرگ آب نبوده یا به عبارت دیگر، مصرف آب چنین سیستمی تقریباً صفر میباشد.اما این سیستم به دمای هوا و دیگر شرایط محیطی و اقلیمی نظیر وزش باد ، وابستگی شدیدی دارد.
مبدلهای حرارتی بکار رفته در این سیستم، نوع خاصی از مبدلهای حرارتی فشرده با پرههای صفحهای مشهور به فورگو4میباشد. این مبدلها در اطراف یک برج بلند چیده میشوند. برج بر اساس مکش طبیعی کار کرده و باعث ایجاد جریان - عبور هوای محیط - از روی مبدلها میشود.[2] پنی و اسپالدینگ [3] یک مدل دو بعدی برای مطالعه عددی جریان در برج خنک کننده پیشنهاد کردند.
آنها از روش اختلاف محدود برای حل عددی جریان داخل برج خنک کننده استفاده کردند، سپس مجومدر و همکارانش [4] این مدل برج خنک کننده با مکش اجباری را گسترش دادند. سپس بنتن و والدروف [5] یک مدل رایانه ای برای شبیه سازی انتقال گرما، جرم و ممنتوم در برج خنک کننده بیان کردند.آنها از روش انتگرالی برای جریان دو بعدی شبه دائم در برج خنک کننده استفاده کردند. ال-ویکد و بهنیا [6] با استفاده از نرمافزار فلوئنت5 یک مدل سه بعدی شبیهسازی جریان داخل و اطراف یک برج را انجام دادند.
