مطالعه تجربي و عددي برج خنك‌كن مرطوب مداربسته و محاسبه ضرايب انتقال حرارت روي سطح خارجي لوله‌هاي آب گرم

Experimental and Numerical Study of Closed Circuit Wet Cooling Tower and Heat Transfer Coefficients Calculation on the Outer Surface of Hot Water Tubes

برج خنك‌كن مداربسته به‌عنوان تركيبي از برج‌هاي مرطوب و خشك تعريف شده كه در آن آب گرم مانند برج‌هاي خشك از درون دسته لوله‌هايي عبور نموده و هواي محيط به‌صورت اجباري يا طبيعي از روي آن عبور مي‌نمايد. در اين روش در زمان‌هايي كه هواي محيط جوابگوي نياز طرح نيست آب ثانويه به‌صورت سيكل باز گردش نموده و روي لوله‌ها پاشيده مي‌شود. در اين پژوهش عملكرد يك نمونه از برج خنك‌كن مرطوب مداربسته به‌صورت تجربي و عددي مورد بررسي قرار گرفته است. در اين راستا تاثير شرايط محيطي بر تغييرات دمايي آب فرآيند، آب اسپري و هواي عبوري از برج مورد ارزيابي قرار گرفته و مقادير ضرايب انتقال جرم و حرارت روي سطح لوله‌هاي حاوي آب گرم محاسبه شده است. مطابق با اين نتايج، افزايش دما و رطوبت هواي محيط منجر به كاهش ضرايب انتقال جرم و حرارت روي سطح لوله‌ها مي‌شود. نرخ كاهش ضرايب انتقال حرارت و جرم با افزايش دماي هواي ورودي از دماي 278 تا K288 به‌ترتيب 3% و 4% و از دماي 288 تا K298 نيز به‌ترتيب 6 و 7% است. با افزايش دما از 298 تا K308 ضرايب انتقال حرارت و جرم هر دو به يكباره 18% كاهش مي‌يابند و پس از آن مجدداً اين شيب به 4% مي‌رسد. نرخ كاهش ضريب انتقال حرارت و جرم با افزايش رطوبت نسبي از 10% تا 20% بسيار ناچيز و از 20% تا 40% تقريباً ثابت و از 40% تا 50% كاهش 16% در ضرايب انتقال حرارت و جرم مشاهده شده است.

The closed-circuit cooling tower is described as the combination of both wet and dry cooling towers that hot water passes through the bundle of tubes as in the dry cooling towers and surrounding air passes around them in a forced or natural regimes. Thus, secondary water circulates as an open cycle and is sprayed on the bundle of tubes to preserve the tower cooling process. In the present research, the operation of a model of the closed-circuit wet cooling tower has been investigated numerically and experimentally. The effects of environmental condition on process water temperature, sprayed water temperature and air temperature have been evaluated, and the mass and heat transfer coefficients on the surface of hot water tubes have been calculated. According to these results, surrounding air temperature and humidity increasing decreases the tube outer surface mass and heat transfer coefficients. The mass and heat transfer coefficients rates are decreased by about 3% and 4% between the 278 and 288 K and are 6% and 7% between the 288 and 298 K inlet air temperature, respectively. The mass and heat transfer coefficients are both 18% for air inlet temperature between the 298 and 308 K. After 308 K these values are 4%. The decreasing rate of heat and mass transfer coefficient with increasing relative humidity from 10% to 20% is very low and from 20% to 40% is almost constant, and from 40% to 50% a 16% decrease in heat and mass transfer coeffici ents is observed.