بخشی از مقاله
خلاصه
در نیروگاه بخار ثابت نگه داشتن فشار کندانسور درجه اهمیت بالایی دارد، این فشار روی توان تولیدی توربین و راندمان آن تاثیر زیادی دارد، فشار کندانسور تابعی از دمای آن میباشد، با افزایش دمای آن فشار افزایش و با کاهش دمای آن فشار کاهش مییابد. دمای کندانسور نیز به نوبه خود وابسته به عملکرد برج خنککن میباشد، بنابراین میزان خنککاری برج، فشار کندانسور را کنترل مینماید.
عملکرد برج با جریان طبیعی متاثر از شرایط محیطی از قبیل دما و وزش باد میباشد. در تحقیق حاضر به بررسی عملکرد برج در هنگام وزش باد پرداخته شده است و راهکارهای اصلاحی جهت کاهش اثرات منفی این پدیده ارائه شده است. بدین منظور در ابتدا برج با جریان طبیعی به کمک نرمافزار FLUENT شبیه سازی شده است. نتایج این مدلسازی کاملا منطبق با شرایط عملکرد واقعی برج [[10بوده است. در ادامه حل عددی جریان مغشوش غیر دائم - ناشی از تغییرات سرعت باد - روی برج با وزش باد صورت پذیرفته است. با وزش باد رژیم متقارن جریان حول برج به هم میخورد و عملکرد برج با مشکل روبرو میشود.
با افزایش سرعت باد تا 5 متر بر ثانیه میزان خنککنندگی برج کاهش مییابد و در سرعتهای بالاتر روند صعودی بهبود عملکرد برج اتفاق میافتد. در هنگام وزش بادهای شدید به دلیل سرعت بالای جریان روی رادیاتورهای جلویی، این جریان به صورت افقی تا رادیاتورهای پشتی ادامه مییابد و جریان هوای رادیاتورهای پشتی را معکوس مینماید، بدین معنی که هوای گرم داخل برج از روی رادیاتورهای پشتی عبور نموده و از برج خارج میشود، در نتیجه به دلیل کاهش اختلاف دمای رادیاتورهای این ناحیه و هوا از قدرت سرمایی این رادیاتورها کاسته میشود.
همچنین به دلیل فرار جریان هوا به صورت مماسی روی رادیاتورهای کناری و کاهش فشار هوا مطابق قانون برنولی در این ناحیه، این دسته از رادیاتورها با کاهش شدید مکش هوا روبرو هستند و در نتیجه این رادیاتورها جزء بحرانیترین رادیاتورها هستند. با بستن لوورهای ورودی جریان هوای برج با یک نظام خاص میتوان الگوی جریان داخل برج را کنترل نمود و از خروج پلوم به صورت افقی از رادیاتورهای پشتی جلوگیری نمود و هم اینکه میزان جریان هوای ورودی رادیاتورهای کناری را افزایش داد.
1 مقدمه
برای سرد شدن آب خنککن، باید گرما از آب خنککن به هوای محیط منتقل شود. این کار در برج خنککن صورت میگیرد. برجهای خنککن به دو دسته برج تر و برج خشک تقسیم میشوند. در برجهای تر، آب و هوا تماس مستقیمی با یکدیگر دارند. بنابر این تبخیر آب مهمترین عامل سرمایش جریان آب خنککن است. برای تماس بهتر آب با هوا، از صفحات استفاده میشود. با توجه به جهت جریانهای آب و هوا، برجهای خنککن تر، به دو دسته جریان مخالف و جریان متقاطع تقسیم میشوند.
با توجه به تبخیر آب، همیشه مقداری آب جبرانی به برج خنککن تر باید اضافه گردد. بنابر این در مناطق خشک و کم آب، استفاده از برج خنککن تر مقرون به صرفه نیست. در برج خنککن خشک، آب و هوا تماس مستقیمی ندارند. آب درون لولههای پرهداری جریان دارد که هوا روی این لولهها حرکت میکند. این نوع برجهای خنککن به همراه کندانسور تماس مستقیم بسیار مناسب است.
زیرا در فرایند سرمایش آب خنککن، هیچ آلودگی وارد آب نمیشود. استفاده از این سیستمها برای مناطق کم آب بسیار مناسب است. میزان سرمایش آب خنککن، فشار کندانسور را تحت تأثیر قرار میدهد. زیرا این آب بهطور مستقیم با بخار درون کندانسور تماس دارد. بنابر این در نیروگاههایی که از این نوع سیستم سرمایشی استفاده میکنند، عملکرد برج خنککن خشک بر راندمان کل سیکل نیروگاه تأثیر بسزایی دارد.
جریان هوا در یک برج خنککن به دو طریق اجباری یا طبیعی برقرار میشود. جریان اجباری هوا توسط فن ایجاد میشود. اختلاف چگالی هوای سرد با گرم، عامل حرکت طبیعی هوا است. از این عامل در برج خنککن جریان طبیعی استفاده می-شود. به علت کمتر بودن سرعت هوا در جریان طبیعی نسبت به جریان اجباری، سطوح انتقال حرارت بیشتری در برج خنککن طبیعی مورد نیاز است. بنابر این تجهیزات جریان طبیعی بزرگتر از جریان اجباری است. در Error> Reference source not found. برج خنککن خشک جریان اجباری نشان داده شده است.
Reference source not found. نمایی از یک برج خنککن خشک جریان طبیعی است. این دو شکل، اختلاف اندازه برج خنککن جریان اجباری و طبیعی را بهخوبی نشان میدهد. به علت وجود فن در برجهای اجباری، این نوع برجها مصرف برق و صدای زیادی دارند. در صورتی که در برجهای جریان طبیعی، هیچ تجهیزات اضافی دیگری نیاز نیست.
سو و همکاران [1] به کمک روش عددی حجم محدود، توزیع جریان سیال و دما داخل و خارج یک نوع برج را بهصورت عددی بررسی کردهاند. از نتایج حل عددی جهت یافتن انتقال حرارت بین رادیاتورهای برج و هوای عبوری استفاده شده است. سرعت باد تا 10 متر بر ثانیه در نظر گرفته شده است. نتایج، بیش از 30 درصد کاهش در انتقال حرارت برج را نشان داده است. وزش باد شکل کلی جریان هوا درون برج را تغییر داده است. همچنین با وزش باد، انتقال حرارت در رادیاتورهای اطراف برج یکنواختی خود را از دست داده است. رادیاتورهای جلویی برج وضعیت بهتری دارند.
کاپاس [2] تأثیر زاویه دلتاها را مورد بررسی قرار دادند . زاویه دلتاها روی الگوی جریان عبوری از رادیاتورها تاثیر میگذارد، و به موجب آن عملکرد حرارتی برج خنککن را تحت الشعاع قرار میدهد. برای شبیهسازی عددی از نرمافزار فلوئنت استفاده شده است. در مرجع [3] دو برج پشت سرهم بررسی شده است. اثر تعبیه بادبندها بر کاهش مشکلات ایجاد شده در اثر وزش باد مطالعه شده است. برای بررسی از دو روش شبیهسازی عددی و مدل آزمایشگاهی استفاده شده است. مدل k- استاندارد برای مدلسازی جریان مغشوش بهکار رفته است. پروفیل سرعت باد مطابق رابطه زیر در نظر گرفته شده است.
ارتفاع مرجع z برابر با 45 متر در نظر گرفته شده است. تعبیه بادبند در کنار برج باعث تغییر مسیر جریان هوا به درون برج میشود. بادبندها جریان هوا را به درون برج هدایت میکنند. هر چه پهنای بادبند بیشتر باشد، جریان بیشتری از جوانب برج وارد میشود. ولی جریان برگشتی پشت بادبندها، ورود هوا از محیط پشتی برج را دچار مشکل میکند. در اینجا سعی شده تا بهترین اندازه برای بادبندها تعیین شود. تأثیرات منفی وزش باد روی برج جلویی بیشتر از برج عقبی است.
نتایج نشان داده است که مقدار هوای وارد شده به برج عقبی در سرعت باد 14m/s، 13 درصد و در سرعت باد 19m/s، 23 درصد کاهش مییابد. با توجه به هزینههای اجرایی بادبند، موضوع مورد بررسی در این تحقیق محاسبه اندازه بهینه بادبند بوده است. استفاده از بادبندها روی عملکرد برج عقبی بیشتر تأثیر میگذارد. استفاده از مدل استاندارد k- برای اینچنین جریانی مناسب به نطر نمیرسد. استفاده از بادبند با طرح بهینه با عرض27و ارتفاع 16 متر میتواند تا 50 درصد کارایی برج را افزایش دهد.
2 معادلات حاکم و روش حل آنها
اکنون توجه ما به جریان هوا در اطراف و درون یک برج خنککن است. به علت پیچیدگیهای هندسی و سرعت زیاد سیال، این جریان از نوع مغشوش است. در صورتی که بخواهیم عملکرد برج را در حین تغییر سرعت باد بررسی کنیم، باید جریان را غیردایم بدانیم در غیر این صورت جریان دایم است. فقط جریان هوا مورد نظر بوده، بنابر این جریان تکفاز است.
به علت زیاد نبودن سرعت هوا، جریان هوا تراکمناپذیر فرض شده است. انتقال حرارت نقش اصلی را در ایجاد جریان در یک برج خنککن طبیعی بازی میکند. سطوح گرم رادیاتور عامل مهم در ایجاد حرکت طبیعی هوا به درون برج است. چون عامل ایجاد جریان، انتقال حرارت است، باید جریان سیال و انتقال حرارت همراه هم بررسی شوند.
1-2 معادلات جریان
برای تحلیل حرکت سیال دو قانون اساسی وجود دارد. نخست قانون بقای جرم، که نشان دهنده ثابت بودن جرم کل سیال است. قانون بقای ممنتم - قانون دوم نیوتن - تعادل نیروها و مومنتم سیال را بیان میکند. با توجه به سه جهت اصلی x ، y ، و z ، قانون بقای مومنتم باید در راستای همه جهات برقرار شود. برای نوشتن معادلاتی که قوانین فوق را نشان می-دهند، از نمایش تانسوری استفاده میشود.
