Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad Saboonchi,Ahmad-Reza Azimian
احمد صابونچی (استاد راهنما) احمدرضا عظیمیان (استاد مشاور)
 
STUDENT
ALI MOTAHAR
علی مطهر

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Numerical study of effect of water spray on radiators efficiency in the dry cooling tower
As thermal power plants are one of the basic and important sections in the industry of every country, investigation and simulation of different sections of a power plant aiming their improvement of performance and increase of efficiency seem essential, condensers and cooling towers, as important parts of each power plant, are not exceptions to this generalization. One of the methods of cooling the coolants used in power plants’ condensers is using dry cooling towers. Increase in wind velocity as well as increase in ambient temperature results in decrease in efficiency of dry cooling tower. In conditions with high temperature, one of the methods of increasing the efficiency of dry cooling towers is using the water spray in order to decrease the temperature of the inlet air flow to the exchanger. The water is spattered between radiator and louvers tower by the specific water sprayers which are setup near the tower. The passing air flow is cooled by little drops of water and inters into the radiator and decreases the temperature of outlet water. The present work has studied the previous investigations and also tried to precisely model and simulate working conditions of Heller-type cooling towers using Gambit and Fluent softwares. In the present research, the second order upwind scheme was used for discretization of the governing equatio PRESTO! state was used to solve pressure equation; the implicit method was used for linearization of the equatio the SIMPLE algorithm was used for simultaneous solving of velocity and pressure equatio the standard k— turbulence model was used for the turbulence flow; Radiator model was used for simulation of the heat exchangers located around the tower; and finally, Solid cone model was used for water spray modeling. In the present work, Heller-type dry cooling towers of Isfahan’s Shahid Mohammad Montazeri thermal power plant were simulated. Inside and outside of tower was simulated in conditions with both presence and absence of wind. Next, contours of temperature, pressure and velocity were analyzed. The cooling tower was simulated in different ambient temperatures. Also, effect of increase of ambient temperature on the efficiency of the cooling tower in ambient temperatures of 306.35 k and 312 k with and without spray was studied. Effects of water spray in different flow rate and different diameters of droplets were studied. The effect of simultaneous presence of wind and water spray in different flow rates and also the effect of nozzle distance to the radiator on the efficiency of the cooling tower were studied numerically. Temperature of water spray was maintained constant at 298.15k. There was a good agreement betwee between experimental results and the numerical results adopted in current work in absence-of-wind condition. Water spraying increase the average of evaporation rate, relative humidity, rate of heat transfer and difference of flow temperature between radiator’s inlet and outlet but decreases the mass fraction air on the radiator. The optimumdistance between nozzles and the radiator is 2.5 m. Optimal mass flow rate of water spray is 179.2 m 3 /hr. In flow rate of water spray equal to 183 kg/s (2.57 percent inlet water to tower) and velocity of wind equal to 2.8 m/s, the rate of heat transfer on the radiator increases by 30.23 percent compared with the condition without water spray. Keywords: Heller-Type Dry Cooling Tower, Numerical Simulation, Water Spray, Efficiency of Cooling Tower, Fluent, Radiator Model, Solid Cone Spray Model
: چون نیروگاه های حرارتی به عنوان یکی از بخش های مهم و حساس در صنعت هر کشور مطرح می باشند، بررسی و شبیه سازی اجزای مختلف یک واحد نیروگاهی با هدف بهبود عملکرد و افزایش راندمان آنها، امری ضروری به نظر می رسد. کندانسورها و برج های خنک کن نیز که به عنوان بخش هایی از هر واحد نیروگاهی هستند، از مسئله فوق مستثنی نیستند. یکی از روش های موجود برای خنک کردن آب خنک کننده مورد استفاده در کندانسور نیروگاه های حرارتی، استفاده از برج های خنک کن خشک است که دارای مزایای فراوانی است. چون افزایش سرعت وزش باد و همچنین افزایش درجه حرارت محیط، تاثیر به سزایی در پایین آوردن کارایی یک برج خنک کن می تواند داشته باشد، لذا یکی از روش های افزایش کارایی برج خنک کننده خشک در شرایطی که دمای محیط زیاد است، استفاده از اسپری آب به منظور خنک کردن جریان هوای ورودی به مبدل می باشد. آب از اسپری های مخصوصی پاشیده شده و هوای عبوری از قطرات کوچک آب، خنک شده و وارد مبدل می گردد و دمای آب خروجی از برج را کاهش می دهد. کار حاضر ضمن مطالعه کارهایی که در گذشته انجام شده است، سعی در مدل سازی دقیق شرایط کاری برج های هلر به کمک نرم افزارهای Gambit وFluent دارد. برای گسسته سازی معادلات حاکم بر جریان، از دقت مرتبه دوم ، برای معادله فشار نیز به خاطر وجود نیروهای شناوری، از حالت PRESTO! ، برای خطی سازی معادلات ، از روش ضمنی ، همچنین از بین مدل های موجود برای پدیده ی آشفتگی در محدوده ی جریان تراکم ناپذیر، به خاطر تقریب بوزینسک، این مدل استفاده شده است. از الگوریتم SIMPLE برای حل توأم سرعت و فشار ، و برای جریان های اغتشاشی ازمدل k- استاندارد، برای شبیه سازی مبدل های حرارتی پیرامون برج، از مدل رادیاتور، و برای اسپری از مدل Solid cone بهره گرفته می شود . در این تحقیق، برج خنک‌کننده خشک هلر(از نوع فلزی) نیروگاه شهید منتظری اصفهان شبیه‌سازی شده است. سپس به اعتبار‌سنجی کار حاضر پرداخته شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی عددی انجام شده مورد بررسی قرار گرفت. کانتورهای دما، فشار و سرعت مورد تحلیل قرار گرفت ، اثر افزایش دمای محیط ،بر عملکرد برج در دماهای 35/306 و 312 کلوین مطالعه گردید، سپس اثر اسپری آب در دماهای محیط و نتایج به دست آمده از اعمال اسپری آب مطالعه شد. به بررسی اثر اسپری آب در دمای محیط 312 کلوین در دبی‌ها، قطرها ی مختلف قطرات پاشش پرداخته شد. دمای آب اسپری، ثابت و برابر 15/298 کلوین فرض شد. به عملکرد برج خنک کننده به همراه اعمال اسپری، در دو دمای محیط 35/306 و 312 کلوین پرداخته شد که قطر و سرعت اولیه قطرات اسپری، به ترتیب برابر 10 میکرومتر و 10 متر بر ثانیه در نظر گرفته شده است. به بررسی اثر فاصله نازل های اسپری از رادیاتور بر روی عملکرد برج پرداخته شد. همچنین نتایج اعمال توأمان باد و اسپری ، مورد بحث قرار گرفت. با اعمال اسپری، میانگین کسر جرمی آب ، نرخ تبخیر بر روی رادیاتور، اختلاف دمای آب خروجی و ورودی از برج و انتقال حرارت افزایش می یابد و دبی جرمی هوای عبوری از رادیاتور کاهش می یابد. برای بهینه سازی، بایستی نازل های اسپری در فاصله 5/2 متری از رادیاتور تعبیه شوند. دبی آب پاشش بهینه برابر 2/179 متر مکعب بر ساعت می‌باشد که از لحاظ اقتصادی این مقدار دبی پاشش به صرفه است. شایان به ذکر است که این مقدار معادل 7/0 درصد آب ورودی به برج (25600مترمکعب بر ساعت) می‌باشد. در حالت اسپری با دبی 183 کیلوگرم بر ثانیه و سرعت وزش باد 8/2 متر بر ثانیه، نرخ انتقال حرارت از برج به میزان 23/30 درصد نسبت به حالت بدون اسپری افزایش می یابد. کلمات کلیدی: برج خنک‌کننده خشک هلر، شبیه سازی عددی، اسپری آب، کارایی برج خنک کننده،Fluent ، مدل رادیاتور، مدل اسپری Solid cone

ارتقاء امنیت وب با وف بومی