مدل‌سازي سه‌بعدي سيستم سرمايش تبخيري نقطه‌شبنمي با شرط مرزي ارتقاء يافته و در نظر گرفتن اثر ناحيه ورودي

Three-dimensional modeling of a dew-point evaporative cooler using a modified boundary condition and considering effects of channels’ entrance regions

در مقاله حاضر به مدل‌سازي عددي سيستم نقطه‌شبنمي به‌ عنوان يك جايگزين براي سيستم‌هاي سرمايشي موجود پرداخته‌شده است. برخلاف مدل‌هاي متداول پيشين كه با فرض دما ثابت و يا شار ثابت بر روي ديواره جداكننده توسعه يافته‌اند در مدل حاضر شرط مرزي واقعي محاسبه مي‌شود. محاسبه شرط مرزي واقعي منجر به يافتن توزيع حقيقي دما و نسبت رطوبت بر روي ديواره مي‌گردد به‌طوري‌كه در هر نقطه روي ديواره مجموع شار حرارتي جريان‌هاي دو كانال برابر با گرماي نهان تبخير باشد. شرط مرزي واقعي با حل هم‌زمان معادلات مومنتوم، انرژي و انتقال جرم به‌صورت كوپل شده بر روي ديواره جداكننده حاصل مي‌شود. همچنين با توسعه مدل سه‌بعدي و در نظر گرفتن اثر ناحيه ورودي، دقت مدل افزايش يافته است. مدل توسعه‌يافته با استفاده از شرط مرزي ارتقاءيافته توزيع دما و نسبت رطوبت را در كل سيستم تخمين مي‌زند. تخمين به‌دست‌آمده از دماي عرضه سيستم در شرايط محيطي مختلف با داده‌هاي آزمايشگاهي مقايسه شده و نتايج نشان مي‌دهد بيشينه خطاي موجود 3.3% است. سپس به تحليل پارامتريك سيستم پرداخته‌شده و اثر سرعت هواي ورودي، نسبت هواي بازگشتي، ضخامت و طول كانال بر دماي عرضه، كارايي نقطه‌شبنمي، ظرفيت سرمايشي و افت فشار سيستم مطالعه گرديد. نتايج نشان مي‌دهد افزايش طول كانال و نسبت هواي بازگشتي و كاهش ضخامت كانال و سرعت ورودي هوا موجب بهبود كارايي نقطه‌شبنمي سيستم شده ولي افت فشار و هزينه اوليه را افزايش داده و ظرفيت سرمايشي را كاهش مي‌دهد.

This paper presents a numerical modeling of dew-point counter-flow indirect evaporative coolers as a potential alternative to the conventional cooling systems. Unlike the conventional method of assuming constant surface heat (mass) flux or constant surface temperature boundary condition on the separating wall, the present article calculated real boundary conditions. Real boundary conditions were obtained by simultaneous solving of momentum, energy and mass transfer equations of the two flows coupled on the wall. Calculating real boundary conditions led to a real distribution of humidity ratio and temperature on the separating wall where at each point, the summation of heat fluxes from air streams in adjacent channels is equal to the latent heat of evaporation at that point. Moreover, the model accuracy was increased through considering hydrodynamic and thermal developing flows of two air streams. The model predicted supply air temperature under different conditions, and the results were compared against experimental data as well as previous numerical models. It was shown that the maximum deviation of the supply air temperature was under ±3.3%. Then, a parametric analysis was conducted that studies the effects of the inlet air velocity, channel gap, channel length and returned air ratio on the supply air temperature, dew-point effectiveness, cooling capacity and pressure drop. The results indicated that increasing channel length and returned air ratio, and reducing channel gap and inlet air velocity improved the dew-point effectiveness but increased the initial cost and pressure drop and decreased the cooling capacity.