بررسی عملکرد آرایش برجهای خنککن خشک جریان طبیعی با چیدمان بیضی شکل رادیاتورها - دانشکده فنی و مهندسی
بررسی عملکرد آرایش برجهای خنککن خشک جریان طبیعی با چیدمان بیضی شکل رادیاتورها
نوع: Type: رساله
مقطع: Segment: دکتری
عنوان: Title: بررسی عملکرد آرایش برجهای خنککن خشک جریان طبیعی با چیدمان بیضی شکل رادیاتورها
ارائه دهنده: Provider: یاسر فراهانی - مهندسی مکانیک
اساتید راهنما: Supervisors: دکتر محسن گودرزی
اساتید مشاور: Advisory Professors:
اساتید ممتحن یا داور: Examining professors or referees: دکتر محمد حسن سعیدی- دکتر محسن ثقفیان- دکتر محمد سعید عقیقی
زمان و تاریخ ارائه: Time and date of presentation: ساعت 10 - 1405/4/27
مکان ارائه: Place of presentation: سالن کنفرانس
چکیده: Abstract: وزش باد عرضی یکی از مهمترین عوامل مؤثر بر کاهش عملکرد حرارتی برجهای خنککن خشک جریان طبیعی است که از طریق ایجاد اختلال در میدان جریان هوا، کاهش نرخ انتقال حرارت و افزایش فشار کندانسور، موجب افت توان تولیدی نیروگاه میشود. با توجه به محدودیت منابع آبی و توسعه استفاده از این سامانهها در نیروگاههای حرارتی، بررسی رفتار آنها در شرایط وزش باد و ارائه راهکارهای مؤثر برای بهبود عملکرد حرارتی از اهمیت ویژهای برخوردار است. مرور مطالعات پیشین نشان میدهد که اغلب پژوهشها بر برجهای منفرد متمرکز بودهاند و عملکرد برجها در آرایشهای چندگانه، که وضعیت واقعی استقرار آنها در نیروگاهها را تشکیل میدهد، کمتر مورد توجه قرار گرفته است. همچنین تأثیر چیدمان هندسی رادیاتورها در بهبود عملکرد این سامانهها عمدتاً برای برجهای منفرد بررسی شده است. در این پژوهش، عملکرد حرارتی برجهای خنککن خشک جریان طبیعی با دو چیدمان دایروی و بیضوی رادیاتورها در آرایشهای مختلف دوتایی و سهتایی تحت شرایط وزش باد عرضی مورد بررسی قرار گرفت. شبیهسازیهای عددی سهبعدی با استفاده از نرمافزار ANSYS Fluent و با حل معادلات بقای جرم، مومنتوم و انرژی و بهکارگیری مدل آشفتگی k-ε انجام شد. مدل برج پایه بر اساس مشخصات برج خنککن نیروگاه شهید منتظری اصفهان توسعه یافت و عملکرد آرایشهای مختلف در سرعتهای باد 3، 5، 7 و 10 متر بر ثانیه ارزیابی شد. بهمنظور اعتبارسنجی، نتایج حاصل با دادههای مطالعات معتبر پیشین مقایسه گردید که میانگین خطای نسبی کمتر از 2/7 درصد، دقت مناسب مدل عددی را تأیید کرد. در این پژوهش، شاخصهایی شامل راندمان حرارتی کل، دبی جرمی بیبُعد عبوری از رادیاتورها، دمای بیبُعد آب خروجی و توزیع دما و سرعت جریان مورد تحلیل قرار گرفت. نتایج در شرایط بدون وزش باد نشان داد که تغییر هندسه برج از حالت دایروی به بیضوی، به دلیل کاهش سطح مقطع عبوری، موجب کاهش 1/5 درصدی دبی جرمی هوا و در نتیجه افت 8/3 درصدی ظرفیت انتقال حرارت رادیاتورها میشود. با این حال، در شرایط وزش باد، عملکرد حرارتی برجها وابستگی قابلتوجهی به سرعت و جهت باد نشان داد. در سرعتهای بالای باد (7 و 10 متر بر ثانیه)، استفاده از چیدمان بیضوی رادیاتورها بهطور قابل توجهی عملکرد حرارتی برجها را بهبود بخشید. در آرایش دوتایی کنارهم، راندمان حرارتی کل بین 17 تا 5/29 درصد افزایش یافت، در حالیکه این مقدار برای آرایش دوتایی پشتسرهم در محدوده 8/9 تا 8/19 درصد قرار داشت. همچنین در آرایش سهتایی، افزایش راندمان حرارتی برای جهت باد شرق به غرب بین 6/14 تا 1/28 درصد و برای جهت باد غرب به شرق بین 45/24 تا 85/28 درصد به دست آمد. تحلیل میدان جریان نشان داد که تفاوت در نحوه خروج جریان گرم از برج و عبور آن از روی رادیاتورهای پشتی، عامل اصلی بهبود عملکرد حرارتی در برجهای بیضوی است. این پدیده موجب افزایش گرادیان دما در دو سوی آن رادیاتورها و در نتیجه افزایش نرخ انتقال حرارت در مقایسه با برجهای دایروی متداول میشود. همچنین نتایج نشان داد که در سرعتهای بالای باد، پیچیدگی میدان جریان بهگونهای است که پیشبینی رفتار حرارتی برجها بدون استفاده از شبیهسازی عددی امکانپذیر نیست. در مجموع، یافتههای این پژوهش بیانگر آن است که بهینهسازی چیدمان رادیاتورها و استفاده از هندسه بیضوی، بهعنوان یک راهکار طراحی غیرفعال، کمهزینه و کارآمد، میتواند نقش مؤثری در کاهش اثرات نامطلوب باد عرضی و بهبود عملکرد حرارتی برجهای خنککن خشک جریان طبیعی در آرایشهای چندگانه ایفا کند.