شبیه سازی برج خنک کننده با نرم افزار

برج‌های خنک کن به طور کلی در یک منطقه پنهان نصب می شوند، زیرا هنگام نصب هم ظاهر و فضای ساختمان در نظر گرفته می شود و هم باید از اثرات نویز جاری در محیط جلوگیری کرد.برج‌های خنک کن، به دلیل اینکه بر جریان هوای گرم و مرطوب تاثیر می گذارند، دما و رطوبت را افزایش می دهند. به طور کلی هوای محیط اطراف بر عملکرد آن تاثیر مستقیم می گذارد. جریان هوای درون کولینگ تاورها یک جریان متقاطع است که از کنار دستگاه وارد می شود و به قسمت پایین می رود.در این مقاله، در مورد تجزیه و تحلیل بهینه سازی جریان هوای برج‌های خنک کننده صحبت کرده ایم و روش شبیه سازی عددی را شرح داده ایم.

شبیه سازی نشان می دهد که دمای هوای ورودی کمتر از مقدار جریان برگشتی می باشد زیرا جریان هوا درون برج‌های خنک کننده، ورود هوای وارده را یکنواخت تر می کند و سرعت باد اگزوز را بیشتر می نماید.

شبیه سازی نشان می دهد که به طور موثری جریان برگشتی را کاهش می دهد و می تواند اثرات نامطلوب به دلیل طراحی نامناسب را کم کند.پیشدر متوجه شدیم کولینگ تاورها یک تجهیزات مهم در سیستم تهویه مطبوع هستند که تاثیر به سزایی در راندمان خنک سازی سیستم تهویه مطبوع دارد.

برج خنک کننده جز مهمترین تجهیزات و فاکتور مهمی برای عملکرد سیستم تهویه است. به دلیل زیبایی ظاهری این سیستم و محدودیت های محل نصب آن، برج‌های خنک کن معمولا در تریبون، سقف ساختمان اصلی و غیره نصب می شوند.

به منظور جلوگیری از ایجاد سر و صدا در محیط اطراف، برای آن یک مکنده (نویزگیر) تعبیه شده است که این مکنده از برگشت جریان هوای گرم و مرطوب به درون برج جلوگیری می کند. اگر سرعت برگشت هوای گرم و مرطوب زیاد باشد، با عملکرد طولانی مدت برج، درجه حرارت هوای ورودی و رطوبت کولینگ تاورها افزایش می یابد و اثر خنک کنندگی برج کاهش پیدا می کند.

تحقیقات نشان داده است، هنگامی که میزان جریان برگشتی 50 درصد افزایش می یابد، دمای آب خروجی 9.16 درصد افزایش پیدا می کند، انتقال حرارت 40.68 درصد کاهش می یابد، شاخص راحتی 1.92 درصد تغییر می کند، دمای هوای خروجی 18/2 درصد و رطوبت نسبی هوای خروجی 10.4 درصد افزایش می یابد.

برای تجزیه و تحلیل بهینه سازی جریان هوا درون برج‌های خنک کننده، فقط نمی توان به تجربه های مهندسی اتکا کرد زیرا این کار، کاری پیچیده و دشوار است. برای تجزیه و تحلیل ابتدا باید اندازه گیری آزمایشی انجام شود، سپس با استفاده از فن آوری CFD شبیه سازی عددی انجام گردد.

به طور کلی تجزیه و تحلیل بهینه سازی جریان، کم هزینه است و زمان کوتاهی نیاز دارد.برنامه CFD نیز یک برنامه بهینه و عالی است که می توان با استفاده از آن شبیه‌سازی را انجام داد. از نرم افزار CFD PHOENICS برای شبیه سازی پروژه مهندسی استفاده می شود.

این پروژه برای ایجاد برج‌های خنک کن در یک منطقه تجاری می باشد که روی سقف قرار گرفته است. در اطراف دیوارهای بسته شده برای کاهش تاثیر 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، شیب این دیواره 10 درصد است و به دو کانال تقسیم می شود. نیمه بالایی کانال خروجی و نیمه پایین آن کانال ورودی است.

مجرای خروجی برج‌های خنک کننده، می تواند از تداخل هوای گرم و مرطوب بین برج ها جلوگیری کند. ورودی و خروجی دستگاه توسط دیواره ها و شیب جدا شده است، که به کاهش جریان برگشت کمک می کند.برج خنک کننده جریان متقاطع، از چهار برج کوچک خنک کننده NC8403 تشکیل شده است که جریان هوای 44.2 متر مکعب در ثانیه دارد.

پنج برج خنک کننده بزرگ NC8405، با جریان هوای 68.43 متر مکعب در ثانیه، دو طرف جلو و عقب برج ورودی هوا قرار دارند. برج جریان شمارنده از چهار برج کوچک خنک کننده MD5016 تشکیل شده است که دارای جریان هوای 40.74 متر مکعب بر ثانیه است.

پنج برج خنک کننده بزرگ MD5018، با جریان هوای 66.37 متر مکعب در ثانیه، چهار طرف پایین برج برای ورودی هوا قرار دارند.برای بهینه سازی جریان متقاطع از یک لوله خروجی رو به بالا و 2.2 متر لوور هوا و تخلخل پرده 0.8 استفاده می شود.

شبیه سازی عددی

شرایط و پارامترهای مرزی را شبیه سازی کنید.

مرجع تجزیه و تحلیل محیط حرارتی ساختمان چین، دمای لامپ خشک در فضای باز تابستان را 34.2 درجه سانتی گراد و دمای لامپ مرطوب در فضای باز تابستان 27.8 درجه سانتی گراد تعیین کرده است. برج خنک کننده بر روی سقف بسته قرار می گیرد، بنابراین خارج از محیط در نظر گرفته نمی شود. با در نظر گرفتن تغییرات دما ناشی از نیروی شناور، تراکم هوا و بالابر باید میزان هوای ورودی به برج خنک کننده تنظیم شود.

از مدل CFD استفاده کنید.

فاصله میانی بین جریان متقاطع دستگاه در یک ردیف، 2 متر تنظیم شده است. اگر جریان‌های برج خنک کننده در دو ردیف تنظیم شوند، فاصله بین دو ردیف باید 2.5 متر باشد و پنج MD5018 در ردیف جلو و چهار MD5016 در ردیف عقب قرار داده شود.

نتایج شبیه سازی و تجزیه و تحلیل

روش محاسبه میزان جریان مجدد

X + Y = Q                                                                                                                                                     34.2x + 37y = T × Q

نتایج شبیه سازی و تحلیل جریان متقاطع

برای رسیدن به نتیجه شبیه سازی و تحلیل جریان متقاطع، باید از طریق کانال به سرعت بادی که از آن خارج می شود، دست پیدا کرد. حداکثر سرعت باد می تواند 13 متر بر ثانیه باشد. ورودی و خروجی هوا در برج‌های خنک کننده باید توسط یک سطح شیب دار دارای شیب 8.2 متری، جدا شده باشد. در قسمت پایین دستگاه باید یک دهانه برای مکیدن هوای جدا شده تعبیه شود. اگر برج در نزدیکی دیواره قرار داشت، باید ورودی هوای آن به عقب باشد.

از نتایج شبیه سازی می توان این نتیجه را گرفت که وجود فضا بین سربار و دستگاه باعث می شود، درجه حرارت اتاق افزایش یابد. هرچه افزایش دما بیشتر باشد، جریان هوای منطقه ای بدتر می شود و جریان برگشتی بیشتر می گردد. اگر قبل و بعد از ردیف‌های برج خنک کننده، یک مجرای مشترک قرار داشته باشد، سرعت باد بیشتر می شود. حداکثر سرعت باد باید 19 متر بر ثانیه باشد. انواع پکینگ در برج های خنک کننده با هدف افزایش سطح و زمان تماس بین آب و هوا در دو نوع کلی پکینگ فیلمی یا اسپلش جهت نصب داخل انواع برج خنک کننده طراحی می‌شوند.

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 برج‌های 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 سمت عقب و سمت راست برج نزدیک دیواره دارد. در این حالت حداکثر دمای هوای ورودی نزدیک دیواره سمت راست 5/34 درجه سانتی گراد است.

1. 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 34.8 درجه سانتی گراد و افزایش دما 0.6 درجه می باشد. نرخ برگشت جریان محاسبه شده 5.7 است.

2. جریان متقاطع به علاوه 2.2 متر ورودی لوور هواورودی لوور هوا و دیواره داخلی تعبیه شده برای ورود هوا، باعث کاهش حجم هوای در جریان می شود. در این حالت برج خنک کننده توزیع جریان هوا را بهبود می بخشد. حداکثر دمای ورودی به برج 34.43 درجه کاهش یافته و افزایش دما 0.23 درجه بوده است. نرخ برگشت جریان محاسبه شده 1.26 می باشد.

در این مقاله، میزان برگشت جریان برج خنک کننده شبیه سازی شده است. در مقایسه با سرعت برگشت جریان هوای ورودی و جریان خروجی با دو ترتیب مختلف، مشخص شد که هرچه فاصله بین برج‌های خنک کننده و هوای خروجی بیشتر باشد، سرعت جریان برگشتی نیز کمتر است. هوای جریان یافته از قسمت پایین برج وارد می شود. راه ورود هوا در قسمت پایین تعبیه شده است تا از ایجاد یکنواختی جریان هوا جلوگیری شود.

اقدامات بهینه سازی ارائه شده توسط جریان متقاطع، به طور موثری حجم هوای خروجی را کاهش می دهد. بهینه سازی 1، سرعت باد را افزایش می دهد و باعث وزش باد می شود. بهینه سازی 2، جریان هوای ورودی را بهبود می بخشد و نرخ بازگشت را 1.26 درصد کاهش می دهد.

چیدمان صحیح برج خنک کننده برای سیستم تهویه مطبوع و تبرید بسیار مهم است. برج خنک کننده باید کمترین تاثیر را بر محیط اطراف خود بگذارد زیرا ممکن است در دمای پایین هوای خشک آزاد کند. در مهندسی واقعی، توصکارکرد صحیح و با ثبات کولینگ تاور بدلیل نقش حیاتی در خنک کاری خط تولید و ماشین آلات، همیشه جزو اهداف واحدهای تعمیرات و فنی مجموعه های تولیدی صنعتی است.

ما طی سالهای فعالیت در حوزه برج خنک کن، به موارد زیادی برخوردیم که اگرچه طراحی کولینگ تاور صحیح و اصولی بوده، اما راندمان عملکرد آن پایین است. کم شدن راندمان سرمایش خط خنک کاری، معمولا به کاهش تولید، بوجود آمدن تریپ و در بعضی مواقع متوقف شدن خط تولید می انجامد.

روش پیدا کردن دلیل کاهش راندمان و سرمایش کولینگ تاور

بسیاری از مهندسین و صاحبان صنایع طی تماسهایی که با ما میگیرند، از عملکرد سیستم خنک کاری خود ناراضی هستند. البته در مواردی این انتظار وجود دارد که با یک تماس تلفنی، ایراد سیستم را شناسایی کنیم که عملا این توقع قابل انجام نیست.

یکی از مهمترین ابزارهایی که ما برای شناسایی گلوگاه و مسائل برج خنک کننده صنعتی استفاده می کنیم، سیمولیشن(شبیه سازی) است. شبیه سازی برج خنک کن روشی است که در آن می توانیم قسمتهای مختلف کولینگ تاور را بررسی کرده، و ایرادات احتمالی در هر بخش را شناسایی نماییم.

نکته مهم در این قسمت، توجه به این مساله است که روش شبیه سازی برای مجموعه های صنعتی که ظرفیت بالایی دارند(کولینگ تاورهایی با ظرفیت بیش از 1000 تن تبرید) مناسب می باشد و در سیستم های کوچک تر، بهینه سازی و رفع ایراد معمولا به کمک بازرسی انجام می شود.

علاوه بر کولینگ مدار باز، برج خنک کننده مدار بسته(با کویل مسی و گالوانیزه) را هم می توان شبیه سازی کرد. در سیمولیشن کولینگ تاور سیکل بسته، افت فشار هوا حین رد شدن از روی لوله های کویل قابل محاسبه است. پروانه های برج خنک کننده باید سبک بوده تا نیروی گشتاور محرکه کمتری برای به دوران درآوردن آن لازم باشد.