Back to مقالات

اصول طراحی برج خنک کننده

اصول طراحی برج خنک کننده – قسمت اول

اصول طراحی برج خنک کننده برای آموزش مهندسین طراح برج خنک کننده تهیه شده است. بنابراین ، اصول طراحی برج خنک کننده به موضوعات بسیار مشخصی می پردازد ، که تاکنون هرگز منتشر نشده است.

برج خنک کننده کولینگ تاور Cooling Tower دلتاتی Deltat تحویل فوری فایبرگلاس مکعبی جریان مخالف و متقاطع پکینگ فیلم اسپلش ابارا رولی

مهندسین طراح برج خنک می توانند به راحتی اصول طراحی برج خنک کننده را درک کنند و خواهند توانست از طریق نمونه های واقعی برنامه طراحی را به خودی خود انجام دهند همه روی MS Excel اجرا شده اند و این روش جدید را در برنامه طراحی حرارتی برج خنک کننده خواهید دید.

برج خنک کننده کولینگ تاور Cooling Tower دلتاتی Deltat تحویل فوری فایبرگلاس مکعبی جریان مخالف و متقاطع پکینگ فیلم اسپلش ابارا رولی

مهمترین نگرانی در طی مطالعه اصول طراحی برج خنک کننده ، نحوه رایانه سازی اصول طراحی برج خنک کننده از محاسبه NTU تا تجزیه و تحلیل عملکرد برج خنک کننده بود. اگر این مقالع را با دقت بخوانید ، می توانید خودتان اصول طراحی برج خنک کننده را انجام دهید. باز هم ، این اولین مقاله خواهد بود که رویکرد مهندسی واقعی برج خنک کننده را با نمونه هایی در جهان منتشر می کند.

سایکرومتریک

سایکرومتریک اصول طراحی برج خنک کننده به خصوصیات ترمودینامیکی هوای مرطوب می پردازد و از این خصوصیات برای تحلیل شرایط و فرآیند مربوط به هوای مرطوب استفاده می کند. هوای جوی حاوی بسیاری از گازها و همچنین بخار آب و آلاینده های مختلف (مانند دود ، گرده و آلاینده های گازی) است. هوای پاک زمانی وجود دارد که تمام بخارات آب و آلودگی ها از هوای جوی خارج شود.

برج خنک کننده کولینگ تاور Cooling Tower دلتاتی Deltat تحویل فوری فایبرگلاس مکعبی جریان مخالف و متقاطع پکینگ فیلم اسپلش ابارا رولی

ترکیب هوای پاک نسبتاً ثابت است ، اما تغییرات کمی در مقدار اجزای جداگانه با زمان ، موقعیت جغرافیایی و ارتفاع اتفاق می افتد. جرم مولکولی ظاهری یا متوسط وزن مولکولی وزن کلیه مولفه ها ، برای هوای خشک است 28.9645 ، بر اساس مقیاس کربن -12. ثابت گاز برای هوای خشک ، بر اساس مقیاس کربن -12 ، 1545.32 / 28.9645 = 53.352 فوت lbf / lbm R است.

برج خنک کننده کولینگ تاور Cooling Tower دلتاتی Deltat تحویل فوری فایبرگلاس مکعبی جریان مخالف و متقاطع پکینگ فیلم اسپلش ابارا رولی

هوای مرطوب ترکیبی از باینری و بخار آب است. مقدار بخار آب در هوای مرطوب از صفر (هوای خشک) تا حداکثر متغیر است که بستگی به دما و فشار دارد. شرط دوم به اشباع ، حالت تعادل خنثی بین هوای مرطوب و فاز آب تغلیظ شده اشاره دارد. مگر در مواردی که بیان شود ، اشباع به یک سطح رابط صاف بین هوای مرطوب و فاز تغلیظ شده اطلاق می شود.

برج خنک کننده کولینگ تاور Cooling Tower دلتاتی Deltat تحویل فوری فایبرگلاس مکعبی جریان مخالف و متقاطع پکینگ فیلم اسپلش ابارا رولی

وزن مولکولی آب 18/01528 در مقیاس کربن 12 است. دمای گاز بخار آب 1545.32 / 18.01528 = 85.778 فوت lbf / lbm oR دما و فشار فشار هوا هوای جوی از نظر ارتفاع و همچنین با شرایط جغرافیایی و هوایی محلی متفاوت است. جوی استاندارد برای تخمین خواص در ارتفاعات مختلف ، مرجع استانداردی را ارائه می دهد.

برج خنک کننده کولینگ تاور Cooling Tower دلتاتی Deltat تحویل فوری فایبرگلاس مکعبی جریان مخالف و متقاطع پکینگ فیلم اسپلش ابارا رولی

در سطح دریا دمای استاندارد 59 درجه فارنهایت است. فشار استاندارد فشارسنج 29.921 اینچ جیوه است. فرض بر این است که دما با افزایش ارتفاع در کل تروپوسفر (جو کمتر) به طور خطی کاهش می یابد و در قسمت های پایینی استراتوسفر ثابت می شود. اتمسفر پایین به صورت ثابت هوای خشک فرض می شود که بعنوان یک گاز مناسب رفتار می کند.

برج خنک کننده کولینگ تاور Cooling Tower دلتاتی Deltat تحویل فوری فایبرگلاس مکعبی جریان مخالف و متقاطع پکینگ فیلم اسپلش ابارا رولی

جاذبه نیز ثابت است. نسبت رطوبت (در عوض ، میزان رطوبت یا نسبت اختلاط) به عنوان نسبت جرم بخار آب به جرم هوای خشک تعریف می شود. رطوبت خاص نسبت جرم بخار آب به کل جرم هوای مرطوب است. رطوبت مطلق (متناوب ، چگالی بخار آب) نسبت جرم بخار آب به کل حجم هوای مرطوب است.

برج خنک کننده کولینگ تاور Cooling Tower دلتاتی Deltat تحویل فوری فایبرگلاس مکعبی جریان مخالف و متقاطع پکینگ فیلم اسپلش ابارا رولی

نسبت رطوبت اشباع ، نسبت رطوبت هوای مرطوب اشباع شده با توجه به آب در همان دما و فشار است. درجه اشباع ، نسبت نسبت رطوبت هوا به نسبت رطوبت هوای اشباع در همان دما و فشار است. رطوبت نسبی ، نسبت کسری مول بخار آب در هوای مرطوب داده شده به کسر مولی در هوای اشباع شده در همان دما و فشار است.

برج خنک کننده کولینگ تاور Cooling Tower دلتاتی Deltat تحویل فوری فایبرگلاس مکعبی جریان مخالف و متقاطع پکینگ فیلم اسپلش ابارا رولی

آنتالپی هوای مخلوط مجموع آنتالپی های جزئی فردی برای هوای خشک و برای بخار آب اشباع در دمای مخلوط است.

مبانی انتقال حرارت و حجم هوای برج خنک کننده

بسیاری از تئوری های اصول طراحی برج خنک کننده از اوایل دهه 1900 ساخته شده اند که پدیده انتقال حرارت و جرم را در چندین نوع دستگاه خنک کننده آب جوی اتفاق می افتد. بسیاری از این تئوری ها مبتنی بر اصول مهندسی مکانیک است.

برج خنک کننده کولینگ تاور Cooling Tower دلتاتی Deltat تحویل فوری فایبرگلاس مکعبی جریان مخالف و متقاطع پکینگ فیلم اسپلش ابارا رولی

برج خنک کننده ممکن است مبدل حرارتی در نظر گرفته شود که در آن آب و هوا در تماس مستقیم با یکدیگر قرار دارند. هیچ روش قابل قبولی برای محاسبه دقیق سطح تماس کل بین آب و هوا وجود ندارد. بنابراین ، یک عامل “K” یا ضریب انتقال حرارت نمی تواند مستقیماً از داده های آزمایش یا با تئوری های انتقال حرارت شناخته شده تعیین شود.

برج خنک کننده کولینگ تاور Cooling Tower دلتاتی Deltat تحویل فوری فایبرگلاس مکعبی جریان مخالف و متقاطع پکینگ فیلم اسپلش ابارا رولی

این روند با انتقال انبوه پیچیده تر است. آزمایش های تجربی انجام شده بر روی طرح های تجهیزات خاص می تواند با استفاده از تئوری های پذیرفته شده و اثبات شده که با استفاده از تکنیک های تحلیل ابعادی تهیه شده اند ، ارزیابی شوند از همین روشها و تئوریهای اساسی می توان برای طراحی حرارتی و پیش بینی عملکرد در شرایط عملیاتی غیر از نقطه طراحی استفاده کرد.

برج خنک کننده کولینگ تاور Cooling Tower دلتاتی Deltat تحویل فوری فایبرگلاس مکعبی جریان مخالف و متقاطع پکینگ فیلم اسپلش ابارا رولی

بسیاری از دستگاه های انتقال گرما و انتقال جرم ، راه حل را با روش های نظری یا آنالیز ابعادی تعریف می کنند. داده های طراحی باید توسط تست های مقیاس کامل تحت شرایط عملیاتی بدست آید.

برج خنک کننده کولینگ تاور Cooling Tower دلتاتی Deltat تحویل فوری فایبرگلاس مکعبی جریان مخالف و متقاطع پکینگ فیلم اسپلش ابارا رولی

مواردی از قبیل کندانسورهای تبخیری که در آن بار گرمای داخلی اعمال می شود ، همراه با آب و هوا که از طریق لوله های کندانسور در الگوهای جریان غیر قابل توصیف گردش می شوند ، مشکلی را ایجاد می کند که با روش های ریاضی به طور مستقیم قابل حل نیست.

برج خنک کننده کولینگ تاور Cooling Tower دلتاتی Deltat تحویل فوری فایبرگلاس مکعبی جریان مخالف و متقاطع پکینگ فیلم اسپلش ابارا رولی

شرایط مرزی به اندازه کافی تعریف نشده است و معادلات اساسی که متغیرها را توصیف می کند نوشته نشده است. دستگاه های دیگر مانند حوضچه های اسپری ، برج های اسپری جوی و سیستم های کانال اسپری جدیدتر فقط با روش های ریاضی ارزیابی نشده اند.

برج خنک کننده کولینگ تاور Cooling Tower دلتاتی Deltat تحویل فوری فایبرگلاس مکعبی جریان مخالف و متقاطع پکینگ فیلم اسپلش ابارا رولی

در این نوع تجهیزات از الگوهای جریان مختصر آب و هوا استفاده می شود. تلاشهای زیادی برای ارتباط بین عملکرد با استفاده از “تئوری های افت” ، “راندمان خنک کننده” ، تعداد واحد انتقال ، همه بدون نتایج اثبات شده انجام شده است. داده های طراحی دقیق به بهترین وجه با آزمایش های واقعی در طیف گسترده ای از شرایط کار با ترتیب مشخص انجام می شود.

برج خنک کننده کولینگ تاور Cooling Tower دلتاتی Deltat تحویل فوری فایبرگلاس مکعبی جریان مخالف و متقاطع پکینگ فیلم اسپلش ابارا رولی

به نظر می رسد توسعه تئوری برج خنک کننده با فیتزجرالد آغاز می شود. انجمن مهندسان عمران آمریکا از فیتزرالد خواسته بود که مقاله ای در مورد تبخیر بنویسد ، و آنچه به نظر می رسید یک کار ساده است ، منجر به تحقیقات 2 ساله شد.

برج خنک کننده کولینگ تاور Cooling Tower دلتاتی Deltat تحویل فوری فایبرگلاس مکعبی جریان مخالف و متقاطع پکینگ فیلم اسپلش ابارا رولی

نتیجه ، احتمالاً با توجه به زمان ، بیشتر از مقاله ای است تا یک مقاله فنی مدرن. از زمان مطالعه فیتزجرالد ، بسیاری از افراد مانند ماسکروپ ، کوفی و ​​هورن ، رابینسون و واکر و غیره سعی در توسعه این تئوری کردند.

نظریه مرکل

محققان اولیه اصول طراحی برج خنک کننده در نظریه برجهای خنک کننده با مشکل ارائه شده در انتقال دوگانه گرما و جرم مواجه شدند. نظریه مرکل با ترکیب این دو در یک فرآیند واحد بر اساس پتانسیل آنتالپی این مسئله را پشت سر می گذارد. دکتر فردریک مرکل در دانشکده کالج فنی درسدن در آلمان بود.

برج خنک کننده کولینگ تاور Cooling Tower دلتاتی Deltat تحویل فوری فایبرگلاس مکعبی جریان مخالف و متقاطع پکینگ فیلم اسپلش ابارا رولی

او به موقع پس از انتشار مقاله برج خنک کننده خود درگذشت. این تئوری در خارج از آلمان توجه کمی را به خود جلب کرده بود تا اینکه در دانشکده کالج فنی درسدن در آلمان توسط H.B. کشف شد. Nottage در سال 1938. تحقیقات برج خنک کننده برای چندین سال در دانشگاه کالیفرنیا در برکلی به سرپرستی استاد L.K.M انجام شده است.

برج خنک کننده کولینگ تاور Cooling Tower دلتاتی Deltat تحویل فوری فایبرگلاس مکعبی جریان مخالف و متقاطع پکینگ فیلم اسپلش ابارا رولی

بولتر Nottage ، دانشجوی مقطع کارشناسی ارشد ، یک پروژه برج خنک کننده را آغاز کرد که وی با جستجوی آن شروع به کار کرد. او تعدادی از منابع به مرکل را یافت ، تئوری ها را جستجو کرد و بلافاصله از اهمیت آن شگفت زده شد. این مورد مورد توجه ماسون و لندن قرار گرفت.

برج خنک کننده کولینگ تاور Cooling Tower دلتاتی Deltat تحویل فوری فایبرگلاس مکعبی جریان مخالف و متقاطع پکینگ فیلم اسپلش ابارا رولی

آنها نیز تحت عنوان Boelter مشغول به کار بودند و توضیح می دهد که چگونه آنها قادر به استفاده از تئوری مرکل در مقاله خود بودند. دکتر مرکل تئوری برج خنک کننده را برای جرم (تبخیر بخش کوچکی از آب) و انتقال گرمای معقول بین هوا و آب در یک برج خنک کننده جریان ضد ایجاد کرد.

برج خنک کننده کولینگ تاور Cooling Tower دلتاتی Deltat تحویل فوری فایبرگلاس مکعبی جریان مخالف و متقاطع پکینگ فیلم اسپلش ابارا رولی

این تئوری جریان جرم و انرژی را از آب فله به رابط و سپس از رابط به جرم هوای اطراف در نظر می گیرد. جریان از این دو مرز عبور می کند ، هر یک مقاومت ایجاد می کنند که منجر به شیب در دما ، آنتالپی و رطوبت می شود.

برج خنک کننده کولینگ تاور Cooling Tower دلتاتی Deltat تحویل فوری فایبرگلاس مکعبی جریان مخالف و متقاطع پکینگ فیلم اسپلش ابارا رولی

برای جزئیات بیشتر درمورد نظریه مرکل ، به عملکرد برج خنک کننده ویرایش شده توسط دونالد بیکر مراجعه کنید و مشتق مختصر در اینجا آورده شده است. مرکل اظهار داشت که انتقال کل حرارت مستقیماً با تفاوت بین آنتالپی هوای اشباع در دمای آب و آنتالپی هوا در نقطه تماس با آب متناسب است.

این معادله انتقال حرارت اصلی توسط چهار نقطه Tchebycheff ، که از مقادیر y در مقادیر از پیش تعیین شده x در فاصله زمانی a تا b استفاده می کند ، در ارزیابی عددی استفاده می کند.

برج خنک کننده کولینگ تاور Cooling Tower دلتاتی Deltat تحویل فوری فایبرگلاس مکعبی جریان مخالف و متقاطع پکینگ فیلم اسپلش ابارا رولی

Rating: 5.0/5. From 1 vote.
Please wait...

Share this post

Back to مقالات