تحليل و بررسي توزیع نامتقارن بار حرارتی در رادیاتورهای برجهای خنک کن خشک به منظور افزایش کارایی آنها به هنگام وزش باد

199,000تومان

توضیحات

گروه مهندسي مكانيك

پايان نامه جهت اخذ درجه كارشناسي ارشد ( M.SC )
گرايش تبديل انرژي

فهرست مطالب

فصل اول : مروري بر سيستمهاي خنك كن
1-1- مقدمه……1
1-2- تشريح وظايف سيستم خنك كن ……….4
1-3- معرفي اجمالي انواع سيستم هاي خنك كن و محدوده كاربرد …………4
1-3-1 – سيستم خنك كن يكبار گذر…………5
1-3-2- سيستم خنك كن تر …….6
1-3-3- سيستم خنك كن خشك ………7
1-3-3-1- انواع برج هاي خنك كن خشك ……….7
1-3-3-2- معرفي اجمالي انواع چگالنده هاي قابل استفاده در سيستم خنك كن هلر ………….11
1-3-3-3-اجزاي سيستم خنك كن خشك غيرمستقيم …………12
1-3-4-دلايل استفاده از سيستم خنك كن خشك ………28
1-3-5-پارامترهاي تاثيرگذار در چرخه قدرت ……29
1-3-5-1-تاثير حرارت دفع شده از چرخه قدرت ………..29
1-3-5-2- تاثير فشار پشت توربين ……30
1-3-6-سيستم خنك كن نيروگاه شهيد محمد منتظري (1) اصفهان ………..31
1-3-7- تاثير عوامل محيطي بر انتخاب و كارايي سيستم خنك كن …………33
فصل دوم :مروري بر كارهاي انجام شده در مورد برج خنك كن هلر
2-1- كليات …………38
2-2-كارهاي انجام شده بر روي اثر باد در برجهاي خنك كن خشك …….39
فصل سوم : مدلها و معادلات حاكم بر جريان
3-1-معادله بقاي جرم …….48
3-2-معادلات بقاي ممنتوم ………49
3-3-نيروي شناوري ……….50
3-4-مدل رادياتور………….50
3-4-1-مدل كردن افت فشار رادياتور ……….50
3-4-2- مدل كردن انتقال حرارت از يك رادياتور ………52
3-4-3-محاسبه ضريب انتقال حرارت جابجايي …..52
3-5-مدل كردن اغتشاش ………..55
3-5-1-مدل استاندارد ………….56
فصل چهارم : روشهاي حل عددي جريان در برج خنك كن خشك
4-1-كليات ………….62
4-2- توليد شبكه –گسسته سازي ميدان حل ……….64
4-3- گسسته سازي معادلات حاكم …..64
4-3-1-روش حل مجزا ………….65
4-3-2-روش حل همزمان ………66
4-3-3-خطي سازي ……….67
4-3-4-گسسته سازي …….69
4-3-5- شبيه سازي جريان ………72
4-3-6-شرايط مرزي ……..72
4-3-7-روشهاي سيمپل و سيمپل سي…………76
فصل پنجم : مدل سازي عددي برج خنك كن خشك
5-1-كليات ………….77
5-2-مدل برج خنك كن و قلمرو اطراف آن براي شبيه سازي انتقال حرارت جابجايي‌آزاد…..77
5-2-1-مدل برج و شرايط مرزي ……..78
5-2-2-مدل سازي فضاي اطراف برج و شرايط مرزي ………….79
5-2-3- شبكه بندي مدل ………..80
5-3-مدل سازي برج براي بررسي اثر باد ……81
5-3-1- شبكه بندي مدل براي بررسي اثر باد……….82
فصل ششم : بررسي نتايج
6-1- كليات …………83
6-2- شبيه سازي سه بعدي برج در حالت بدون وزش باد ………84
6-2-1-نتايج شبيه سازي با ورودي ضريب انتقال حرارت جابجايي(h ) و دماي آب به رادياتورها. .84
6-2-2- نتايج شبيه سازي با ورودي شار حرارتي (q )……90
6-3- شبيه سازي سه بعدي برج در معرض وزش باد………91
6-3-1-بررسي اثر باد بر روي برج ……91
6-3-2-بررسي اثر بادبرروي برج با كنترل شار حرارتي به صورت نامتقارن در رادياتورها…..101
6-4-نتيجه گيري …………113
6-5-پيشنهادات …..114
مراجع…………115

 

فهرست جداول

فصل اول
جدول (1-1 ) – پارامترهاي ساخت نيروگاه ………32
جدول (1-2 )- مشخصات سيستم خنك كن ……..32
فصل ششم
جدول (6-1 ) – مقدار حرارت دفع شده از رادياتورها در شرايط مكش طبيعي و بدون وزش باد …..89
جدول (6-2 ) – دبي مكش هوا و حرارت انتقال يافته براي حالت بدون باد و حالت وزش باد …….100
جدول (6-3 ) – شار حرارتي كنترل نشده بدست‌امده از بخش (6-3-1 ) ……….102
جدول (6-4 ) – شار حرارتي كنترل نشده بصورت نامتقارن بر روي رادياتورها ……….103
جدول (6-5 ) – شار حرارتي كنترل شده بصورت نامتقارن پس از سعي و خطا بر روي رادياتورها 105
جدول (6-6 ) – شار حرارتي كنترل شده بصورت نامتقارن پس از سعي و خطا بر روي رادياتورها 106
جدول (6-7 ) – شار حرارتي كنترل شده بصورت نامتقارن پس از سعي و خطا بر روي رادياتورها107
جدول (6-8 ) – شار حرارتي رادياتورها در حالت وزش باد (كنترل نشده پس از سعي و خطا ، كنترل شده ، كنترل نشده) و بدون وزش باد براي حالتهاي بررسي شده ……111

فهرست شكلها

فصل اول
شكل (1-1 )‌-تقسيم بندي سيستمهاي خنك كن نيروگاهي [1] ………..5
شكل (1-2) – طراحي از يك سيستم خنك كن يكبار گذر [1] ………6
شكل (1-3 ) – برج خشك مستقيم با جريان اجباري [1] ………..8
شكل (1-4 ) – نمودار فرآيند سيستم خنك كن هلر به همراه توربين و كندانسور[3]……10
شكل(1-5 ) – طرح شماتيكي از سيستم خنك كن خشك غير مستقيم [1] ……….11
شكل (1-6 ) – نماي شماتيك از دلتا به همراه كركره هاي جنوبي [4] ……..16
شكل (1-7 )- آرايش لوله هاي مبدل فورگو[3] …..16
شكل (1-8 ) – منحني مشخصه ي مبدل هاي حرارتي با شكل و ابعاد مشابه مبدل حرارتي از نوع فورگو [21] ………..19
شكل (1-9 ) – نمونه اي از برجهاي فلزي نيروگاه شهيد رجائي قزوين [3] ………27
شكل (1-10 ) – نمونه اي از برجهاي بتني نيروگاه بكتل در تركيه [3]……..27
شكل (1-11 ) –توزيع زماني باد در شهرستان قزوين …..37
شكل (1-12 ) – منحني مشخصه توربين …..37
شكل (1-13 ) – مقايسه سرعتهاي مماسي تئوريك و واقعي ………..37
فصل دوم
شكل (2-1 ) – اثر سرعت باد بر دماي آب خروجي رادياتور[13] ………….42
شكل (2-2 ) – هندسه برجهاي مدل شده سري و موازي توسط برنف و همكارانش [14]…….43
شكل (2-3 )- مدل مبدل حرارتي كاپاس [15]……..43
شكل (2-4 )- انتقال حرارت از دلتاهاي چيده شده در پايين برج در كار كاپاس [16]………….44
شكل (2-5 ) –دامنه حل و شرايط مرزي مدل بهنيا [17]…………45
شكل (2-6 ) – مدل دو بعدي مورد بررسي براي شبيه سازي اثر ساختمانهاي مجاور و راندمان برج [18] ………….46
شكل (2-7 )- برج خنك كن به همراه باد شكن مربوط به مرجع [32 ] …..47
فصل سوم
شكل (3-1 ) – تغييرات ضريب افت فشارk¬¬L بر حسب سرعت هواي ورودي رادياتور ……..51
شكل (3-2 )- تغييرات ضريب انتقال حرارت هوا (h ) برحسب سرعت هواي ورودي رادياتور …..54
فصل چهارم
شكل (4-1 ) – نمودار تغييرات مانده ها بر حسب تعداد تكرار حل ………..71
فصل پنجم
شكل (5-1 )- نماي از بالاي رادياتورها ، نحوه تقسيم بندي و خط تقارن حل مسئله ………….79
شكل (5-2 )- طرح سه بعدي از برج و فضاي اطراف به همراه شرايط مرزي (دامنه حل ) ………….79
شكل (5-3 ) – نمايي از شبكه بندي فضاي اطراف برج ………80
شكل (5-4 ) – رادياتورهاي مدل سازي شده به همراه بدنه برج …..81
شكل (5-5)- طرح سه بعدي از برج و فضاي اطراف آن در شرايط وزش باد ………….82
شكل (5-6 ) –نمايي از شبكه بندي فضاي اطراف برج به هنگام وزش باد……….82
فصل ششم
شكل (6-1)- هندسه مدل مورد استفاده جهت شبيه سازي ………….84
شكل (6-2 )- توزيع بردارهاي سرعت درون برج و پلوم خروجي در حالت بدون وزش باد ………85
شكل (6-3 )- بردارهاي سرعت در مجاورت رادياتورها در حالت بدون وزش باد……..85
شكل (6-4 )- كانتورهاي استاتيكي درون برج در حالت بدون وزش باد ………..86
شكل (6-5 )- كانتور سرعت درون برج و پلوم خروجي در حالت بدون وزش باد …..76
شكل (6-6 ) – كانتور دماي درون برج و پلوم خروجي در حالت بدون وزش باد …….87
شكل (6-7 )- تشكيل گردابه در لبه ورودي برج در حالت بدون وزش باد ……..87
شكل (6-8 )- بردارهاي سرعت در ورود به رادياتورها در حالت بدون وزش باد ……88
شكل (6-9 )- كانتور دما بر روي رادياتور در حالت بدون وزش باد ……..88
شكل (6-10 )- بردارهاي سرعت در حالت اعمال شار حرارتي بر روي رادياتورها …………90
شكل (6-11 )–كانتوردما بر روي رادياتورها در حالت اعمال شار حرارتي بر روي رادياتورها …..91
شكل (6-12 ) – توزيع بردارهاي سرعت درون برج وپلوم خروجي در حالت وزش باد……..92
شكل (6-13 )- كانتورهاي سرعت درون برج و پلوم خروجي در حالت وزش باد ……93
شكل (6-14)- توزيع بردارهاي عمودي سرعت به هنگام خروج از برج در حالت وزش باد ……….93
شكل(6-15)- خطوط جريان درون برج و پلوم خروجي و پديده خفگي در حالت وزش باد ………94
شكل (6-16)- توزيع بردارهاي سرعت در مجاورت رادياتورهادر حالت وزش باد ………….94
شكل (6-17 )- خطوط جريان و كانتورفشار در مجاورت رادياتورها در حالت وزش باد…..96
شكل (6-18 )- بردارهاي سرعت در ورود به رادياتوردر حالت وزش باد ………97
شكل (6-19 ) – تشكيل گردابه در لبه ورودي برج در حالت وزش باد …..97
شكل (6-20 ) – كانتور فشار استاتيكي درون برج و پلوم خروجي در حالت وزش باد ……….98
شكل (6-21 )- كانتور دما در مجاورت رادياتورها در حالت وزش باد ………….98
شكل (6-22 )-كانتور دما بر روي رادياتوردر حالت وزش باد ……..99
شكل(6-23 )-كانتور دمابر روي رادياتورها هنگام وزش باد براي شار حرارتي كنترل نشده …… 102
شكل (6-24 )- كانتور دما برروي رادياتورها هنگام وزش باد براي حالت شار حرارتي كنترل شده به صورت نامتقارن ………….104
شكل (6-25 )- كانتور دما بر روي رادياتورها هنگام وزش باد براي حالت شار حرارتي كنترل شده به صورت نامتقارن پس از سعي و خطا ……….105
شكل (6-26 )-كانتور دما بر روي رادياتورها هنگام وزش باد براي حالت شار حرارتي كنترل شده به صورت نامتقارن پس از سعي و خطا ………106
شكل (6-27 )- كانتور دما بر روي رادياتورها به هنگام وزش باد براي حالت شار حرارتي كنترل شده به صورت نامتقارن پس از سعي و خطا ……107
شكل (6-28 )- كانتورهاي سرعت درون برج و پلوم خروجي با شار حرارتي كنترل شده به صورت نامتقارن پس از سعي وخطا …..108
شكل (6-29 ) – توزيع بردارهاي سرعت درون برج و پلوم خروجي با شار حرارتي كنترل شده به صورت نامتقارن پس از سعي و خطا ………108
شكل (6-30 ) – توزيع بردارهاي عمودي سرعت به هنگام خروج از برج خنك كن با شار حرارتي كنترل شده به صورت نامتقارن پس از سعي و خطا ……109
شكل (6-31 ) –توزيع بردارهاي سرعت در مجاورت رادياتورها در ارتفاع 10 متري با شار حرارتي كنترل شده به صورت نامتقارن پس از سعي و خطا ……109
شكل (6-32 ) –كانتور دما در مجاورت دلتاها در ارتفاع 10 متري با شار حرارتي كنترل شده به صورت نامتقارن پس از سعي و خطا ………110
شكل (6-33 ) –كانتورهاي فشار استاتيكي درون برج و پلوم خروجي با شار حرارتي كنترل شده به صورت نامتقارن پس از سعي و خطا ……….110
شكل (6-34 )- خطوط جريان برج و پلوم خروجي و پديده خفگي با شار حرارتي كنترل شده به صورت نامتقارن پس از سعي و خطا ……..111

فهرست نمودارها

عنوان صفحه
نمودار (6-1 ) – نتايج بررسي برج در حالت بدون وزش باد و اعمال وزش باد …………100
نمودار(6-2 )- نمايش دستاورد نهايي پروژه در اثر اعمال شار حرارتي نامتقارن در رادياتورها …….112

فهرست حروف یونانی
: ویسکوزیته دینامیکی
: زاویه حمله
: ضخامت لایه مرزی
: راندمان پره
: راندمان مبدل حرارتی
: چگالی
: تنش برش:
: تانسور تنش
: ضریب انبساط گرمایی حجمی

چكيده :

با استفاده از روش حجم محدود، جريان سيال و توزيع دمايي پيرامون يك برج خنك كن خشك در معرض وزش باد، به صورت عددي شبيه سازي شده است. با توجه به اينكه جريان مغشوش است، از مدل اغتشاشي استفاده شده است. شبيه سازي عددي حاضر، دلايل اصلي كاهش ميزان كارآيي برج خنك كن خشك در معرض وزش باد را توصيف مي كند. جهت مقابله با اين مشكل و افزايش راندمان حرارتي برج خنك كن، برخلاف شبيه سازي هاي ديگر كه اثر باد به عنوان اثري مخرب نگاه شده است، در شبيه سازي حاضر، از وجود باد و اثر آن در بالا بردن انتقال حرارت استفاده شده است . به بيان ديگر، در هر جهت كه برج خنك كن ، به واسطه وجود باد ، توانايي بالقوه انتقال حرارت بيشتري را داراست ، حرارت بيشتري از آب مي گيريم . بدين صورت كه با توزيع نامتقارن آب در رادياتورها، دبي آب در رادياتورهاي روبروي باد را افزايش داده و دبي آب در رادياتورها ديگر را به همان ميزان كاهش مي دهيم. نهايتاً اعمال راه حل ارائه شده، راندمان برج خنك كن را در حدود بيست درصد افزايش داد.
واژگان كليدي : برج خنك كن خشك، اثر باد، توزيع نامتقارن آب

 

 

 

فصل اول

سیستمهای خنک کننده نیروگاهی

1-1-مقدمه

سیستم های خنک کننده در نیروگاهها متناسب با چگالش بخار خروجی از توربین توسط آب یا هوا می توانند بصورت مستقیم یا غیر مستقیم عمل کنند. برجهای خنک کننده با جریان هوای طبیعی نوعی از برجهای خنک کننده هستند که تحت شرایط معین از جمله بالا بودن دمای آب، کافی نبودن آب تغذیه و مشکلاتی همچون جلوگیری از تلفات آب مورد استفاده قرار می گیرند. امروزه عامل  دیگری که بیشتر مورد توجه است مساله زیست محیطی و آلودگی هایی است که برج های خنک  کننده تر و سیستمهای مستقیم می توانند از عوامل ایجاد کننده آن باشند. از نظر زیست محیطی شرایط ایجاب     می کند که نیروگاهها دورتر از رودخانه ها و دریاچه ها ساخته شوند و از طرفی مساله کمبود آب در محلهای دورتر از رودخانه ها و دریاچه ها لزوم استفاده از برجهای خنک کننده خشک  را مشهود تر می کند. سیستم خنک شونده با هوا به همراه کندانسور جت ، بطور خلاصه سیستم هلر[1] نامیده می شود.

دمای قابل حصول در برج خنک کن که هدف اصلی این پروژه می باشد به عنوان یک فاکتور اقتصادی مهم در طراحی نیروگاهها مطرح می باشد. با توجه به این موارد، مطالعه و بررسی عملکرد برج های خنک کن و عوامل تاثیر گذار بر آن در طراحی این پروژه های صنعتی حائز اهمیت می باشد.

برجهای خنک کن را می توان بر اساس عامل بوجود آورنده جریان هوا در آنها به دو دسته کلی تقسیم بندی نمود:

  • برجهای خنک کن که جریان هوا در آنها بر اساس یک عامل مکانیکی مانند فن بوجود می آید.
  • برجهای خنک کن که جریان هوا در آنها در اثر یک عامل طبیعی مانند اختلاف جرم حجمی بوجود می آید.

در این پروژه تاثیر منفی وزش باد بر عملکرد برجهای خنک کن خشک (هلر) و همچنین راه مقابله با  آن که استفاده از  توزيع نامتقارن شار حرارتي در رادياتورها (توزیع  نامتقارن آب در رادیاتور ها )    می باشد معرفی و مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته و در نهایت با عملکرد برج در حالت بدون وزش باد مقایسه شده است.

این نوع برجهای خنک کن از دو قسمت نسبتاً متمایز تشکیل شده اند. قسمت تحتانی برج که شامل رادیاتورها بوده و آب گرم خروجی از کندانسور، داخل آنها جریان دارد و قسمت فوقانی که دودکش نسبتاً بلند برج خنک کن می باشد.

توده هوای محیط در اثر عبور از روی لوله های حاوی آب گرم خارج شده از کندانسور نیروگاه، گرم شده و در اثر کاهش جرم مخصوص هوا نسبت به هوای محیط به سمت بالا حرکت می کند و ستون هوای گرم جای خود را با حجم هوای تازه محیط که از قسمت تحتانی برج وارد می شود عوض      می کند و این جریان طبیعی در طول عملکرد برج برقرار می باشد. قسمت دودکش برج خنک کن نقش ماشین جریان را ایفا می کند.

علی رغم عملکرد بسیار ساده این نوع برجهای خنک کن، به علت ارتفاع و حجم بسیار بزرگی که دارند هزینه های ساخت و سرمایه گذاری اولیه آنها بسیار بالا می باشد. هزینه های ساخت بطور عمده تابعی از مساحت جانبی دیوارهای برج خنک کن می باشد.[3]

نتایج این تحقیق نشان می دهد که استفاده ازتوزيع نامتقارن شار حرارتي در رادياتورها (توزیع نا متقارن آب در رادیاتورها) بطور چشم گیری راندمان برج را در زمان وزش باد افزایش می دهد.

در ادامه ی این فصل به تشریح سیستمهای خنک کن و همچنین عوامل تاثیرگذار بر روی آنها پرداخته می شود.

در فصل دوم کارها و تحقیقات قبلی انجام شده در مورد برج خنک کن خشک آورده شده است.

فصل سوم معادلات حاکم بر جریان و مدلهای بکار گرفته شده را توضیح می دهد.

در فصل چهارم روش حل عددی جریان در برج خنک کننده خشک بطور کامل تشریح شده و در فصل پنجم مدل سازی عددی برج در حالتهای دو بعدی و سه بعدی انجام گرفته است.

نتایج تمامی بررسیها و تحقیقات نیز در فصل ششم توضیح داده شده است.

  • تشریح وظایف سیستم خنک کن

سیستم خنک کن اصلی وظیفه دفع حرارت در چرخه حرارتی را عهده دار می باشد. طبق قانون دوم  ترمودینامیک در یک ماشین حرارتی، تولید کار بدون دفع حرارت به محیط غیر ممکن است. در  نیروگاههای حرارتی این عمل توسط آب خنک کن (چگالنده) و برج خنک کن انجام می پذیرد.

حرارت کسب شده از بخار خروجی سیلندر فشار ضعیف توربین، موجب افزایش دمای آب خنک کن  گردیده و این حرارت توسط آب خنک کن و برج خنک کن به محیط انتقال می یابد. واضح است که  هر چه دمای منبع سرد در ماشین حرارتی پایین تر باشد بازدهی آن بالاتر خواهد بود. به عبارت دیگر عملکرد مناسب سیستم خنک کن، در عملکرد نیروگاه حرارتی تاثیر بسزایی دارد و ایجاد دمای پایین تر در چگالنده به معنای افزایش کار توربین، افزایش بازدهی و کاهش دفع حرارت به محیط     می باشد.

مقدار گرمای دفع شده در محیط توسط سیستم خنک کن در حدود 5/1 تا 3 برابر کار مفید خروجی از نیروگاه می باشد[1].

  • معرفی اجمالی انواع سیستمهای خنک کن و محدوده کاربرد

به طور کلی می توان سیستمهای خنک کن نیروگاهی را بر اساس کاربرد آنها به سه گروه اصلی زیر  تقسیم بندی نمود:

  • سیستم خنک کن یک بار گذر[2]1
  • سیستم خنک کن تر[3]2
  • سیستم خنک کن خشک [4]3

1- Heller

1- Once through cooling system

2-cooling system Wet

3-Dry cooling system

دیدگاهها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین نفری باشید که دیدگاهی را ارسال می کنید برای “تحليل و بررسي توزیع نامتقارن بار حرارتی در رادیاتورهای برجهای خنک کن خشک به منظور افزایش کارایی آنها به هنگام وزش باد”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

+ 51 = 57