بخشی از مقاله
چکیده
تئوري هاي زیادي از انتقال حرارت و جرم از سال هاي 1900 تا امروز براي محاسبه تجهیزات خنک شونده با آب بوجود آمده است. این روابط براي وسایل سرمایش با آب بخصوص برج خنک کننده می باشد. برج خنک کن به عنوان یک مبدل حرارتی است که آب از یک طرف آن و هوا از طرف دیگر به طور مستقیم با هم تماس می یابند. روش قابل قبولی براي تخمین دقیق سطح تماس آب با برج خنک کن وجود ندارد بنابراین معادله انتقال حرارت و ضریب انتقال حرارت را نمی توان به طور مستقیم از داده هاي آزمایشی و یا تئوري هاي موجود انتقال حرارت به دست آورد زیرا انتقال حرارت در دستگاه هاي تبخیري مانند برج خنک کن و کندانسورهاي تبخیري توام با انتقال جرم است که تشخیص و پیش بینی این پدیده را با مشکل مواجه می کند.
نتایج آزمایش هاي انجام گرفته بر روي وسایل خنک شونده تبخیري با آب را می توان با استفاده از تئوري هاي ثابت شده و پذیرفته شده اي که با استفاده از تکنیک آنالیزهاي بی بعد بوجود آمده اند، ارزیابی کرد. از این روش هاي پایه و تئوري ها می توان براي طراحی و پیش بینی شرایط کاري در نقاطی غیر از نقاط کاري دستگاه استفاده شود. راه حل تعداد زیادي از انواع وسایل انتقال جرم و حرارت با روش هاي تئوري و آنالیز هاي بی بعد معین می شود.
داده هاي طراحی می بایست تحت آزمایش ها در شرایط کاري واقعی به دست آید. در کندانسور هاي تبخیري که در آن ها گرماي داخلی با آب در حال گردش بر روي لوله هاي کندانسور که به طور غیر قابل پیش بینی و بدون الگوي خاصی انتقال می یابد، به وسیله روش هاي تئوري و روش هاي ریاضی غیر قابل پیش بینی می باشد. شرایط مرزي و متغییر هاي معادله مشخص نمی باشند. همچنین الگوي انتقال حرارت و جرم وسایل دیگري مانند انواع اسپري ها نمی توان به طور مشخص با روش هاي ریاضی پیش بینی نمود.
در این قبیل وسایل خنک کننده از مخلوط دو جریان آب و هوا استفاده می شود. تلاش هاي زیادي در پیدا کردن معادلاتی با استفاده از تئوري افت1 و راندمان سرمایش2 و عدد واحد انتقال3 صورت گرفته که نتایجی قابل قبولی براي آنها بدست نیامده است. بهترین داده هاي دقیق طراحی توسط آزمایشات واقعی بر روي باز ه هاي وسیع کاري با آرایش هاي مختلف بدست می آید . گسترش تئوري برج هاي خنک کن توسط فیتزجرالد4 در انجمن مهندسین عمران امریکا انجام شد و افراد دیگري5 در گسترس این تئوري تلاش کردند.
مقدمه
تئوري هاي زیادي از انتقال حرارت و جرم از سال هاي 1900 تا امروز براي محاسبه تجهیزات خنک شونده با آب بوجود آمده است. این روابط براي وسایل سرمایش با آب بخصوص برج خنک کننده می باشد. برج خنک کن به عنوان یک مبدل حرارتی است که آب از یک طرف آن و هوا از طرف دیگر به طور مستقیم با هم تماس می یابند.
روش قابل قبولی براي تخمین دقیق سطح تماس آب با برج خنک کن وجود ندارد بنابراین معادله انتقال حرارت و ضریب انتقال حرارت را نمی توان به طور مستقیم از داده هاي آزمایشی و یا تئوري هاي موجود انتقال حرارت به دست آورد زیرا انتقال حرارت در دستگاه هاي تبخیري مانند برج خنک کن و کندانسورهاي تبخیري توام با انتقال جرم است که تشخیص و پیش بینی این پدیده را با مشکل مواجه می کند.
تئوري
نتایج آزمایش هاي انجام گرفته بر روي وسایل خنک شونده تبخیري با آب را می توان با استفاده از تئوري هاي ثابت شده و پذیرفته شده اي که با استفاده از تکنیک آنالیزهاي بی بعد بوجود آمده اند، ارزیابی کرد. از این روش هاي پایه و تئوري ها می توان براي طراحی و پیش بینی شرایط کاري در نقاطی غیر از نقاط کاري دستگاه استفاده شود. راه حل تعداد زیادي از انواع وسایل انتقال جرم و حرارت با روش هاي تئوري و آنالیز هاي بی بعد معین می شود.
داده هاي طراحی می بایست تحت آزمایش ها در شرایط کاري واقعی به دست آید. در کندانسور هاي تبخیري که در آن ها گرماي داخلی با آب در حال گردش بر روي لوله هاي کندانسور که به طور غیر قابل پیش بینی و بدون الگوي خاصی انتقال می یابد، به وسیله روش هاي تئوري و روش هاي ریاضی غیر قابل پیش بینی می باشد. شرایط مرزي و متغییر هاي معادله مشخص نمی باشند. همچنین الگوي انتقال حرارت و جرم وسایل دیگري مانند انواع اسپري ها نمی توان به طور مشخص با روش هاي ریاضی پیش بینی نمود. در این قبیل وسایل خنک کننده از مخلوط دو جریان آب و هوا استفاده می شود.
تلاش هاي زیادي در پیدا کردن معادلاتی با استفاده از تئوري افت1 و راندمان سرمایش2 و عدد واحد انتقال3 صورت گرفته که نتایجی قابل قبولی براي آنها بدست نیامده است. بهترین داده هاي دقیق طراحی توسط آزمایشات واقعی بر روي باز ه هاي وسیع کاري با آرایش هاي مختلف بدست می آید . گسترش تئوري برج هاي خنک کن توسط فیتزجرالد4 در انجمن مهندسین عمران امریکا انجام شد و افراد دیگري5 در گسترس این تئوري تلاش کردند.
این محققین در مواجه با تئوري برج هاي خنک کننده با مشکل دو گانه انتقال حرارت و جرم مواجه شدند. تئوري مرکل با ادغام کردن این دو پدیده در یک فرآیند بر اساس پتانسیل آنتالپی بر این مشکل فایق آمد. دکتر فردریک مرکل6 بعد از انتشار تئوري برج خنک کننده چشم از دنیا فرو بست. تئوري او نظر افراد کمی را در خارج از آلمان جلب نمود . در سال1938، نوتاگ7 چندین سال مطالعاتی در دانشگاه برکلی در کالیفرنیا تحت نظارت پرفسور بولتر8 انجام داد. او چندین منبع از مرکل را مورد بررسی قرار داد و بلافاصله جذب اهمیت آن شد.
دکتر مرکل تئوري برج خنک کننده براي جرم - تبخیر مقدار کمی از آب - و حرارت محسوس بین هوا و آب در برج خنک کننده جریان مخالف را گسترش داد. این تئوري جریان جرم و انرژي از آب به سطح مشترك آب و هوا و پس از سطح مشترك به جریان جرم هوا مورد بررسی قرار می داد. جریان عبوري از این دو مرز هر دو موجب گرادیان دما و آنتالپی و نرخ رطوبت می گردد. براي اطلاعات بیشتر می بایست به عملکرد برج خنک کننده نوشته توسط دونالد بیکر مراجعه کرد که خلاصه کمی از آن که در زیر می آید. مرکل مشخص کرد که انتقال حرارت به طور مستقیم متناسب با اختلاف بین آنتالپی و هواي اشباع در دماي آب و انتالپی هوا در نقطه تماس با آب می باشد.
