فرازي از بهينه‌ترين اند‌ازه و سايز برج‌هاي خنک‌کنند‌ه مهند س محمد صالحی شرکت آرگاپات
53
بهينه هزينه‌هاي سيستم D به‌ط��ور کلي حالت بهينه س��طح انتق��ال جرم و حرارت ک��ه د‌اراي کمترين ميزان بار هوا G هزينه‌ها د‌ر طول عم��ر مفي د و کاری برج‌هاي خنک‌کنند‌ه نوع اجباري (force ميزان بار هوا مرجع (مبنا) G0 )draftازنوع جريان مخالف ( )Counter-flowهس��تند ،د‌ر اين مقاله مورد بررسي و مطالعه قرار گرفته است. ميزان ارتفاع برج H فرمول‌هاي اصل��ي به‌عنوان پايه طراحي براي رس��يد‌ن به بهترين وضعيت هزينه های اوليه ،برج IC عملکرد و کارآيي ترمود‌يناميکي و اقتصاد‌ي بيان و معرفي گرد‌يد‌ه‌اند. نرخ قيمت انرژي i د‌ر اين مقاله ،بهينه‌س��ازي از د‌يد‌گاه حرارت��ي – اقتصاد‌ي مورد مطالعه قرار آنتالپي هواي اشباع د‌ر د‌ماي تشت ii,i آنتالپي هواي اشباع د‌ر د‌ماي برج ii,2 گرفته است. انتخ��اب بهینه‌ترين ابعاد و ان��د‌ازه برج‌هاي خنک‌کنند‌ه ،م��ور د مطالعه قرار ضريب اصطکاک براي نوع قطره‌گير K گرفته است .تکنيک‌هاي بااهميت و روش‌ها و فرمول‌های ريشه‌يابی بهينه‌سازي ميزان بار آب L مطرح گرد‌يد‌ه است و بهينه‌ترين سطح انتقال جرم و حرارت. ميزان بار آب مبنا L0 براي بهترين ش��رايط بهره‌برد‌اري و کارکرد با عنوان نتيجه تعيين شد‌ه است د‌بي جرمي هوا ma يد‌هد که هزينه‌هاي چرخه کاري برج‌هاي خنک‌کنند‌ه، و آن نقطه‌ای را نش��ان م نسبت هزينه نگهد‌اري و کارکرد ساليانه به هزينه اوليه Ms د‌ر بحراني‌ترين نقطه حد‌اقل مي‌باشد .همچنين مطالعه اين مطالب فوق بيان شد‌ه د‌بي آب mv د‌ر اين مقاله د‌رباره بهينه‌سازي برج‌هاي خنک‌کنند‌ه مي‌باشد]1-9[ . عمر مفيد برج N اين مطالعات به‌صورت تش��ريحي ريز نشد‌ه است .د‌ر ابتد‌ا مقد‌ار بهينه نسبت ضريب ثابت مربوط به قطره‌گير n1-5 جرم آب به هوا تعيين ش��د‌ه است .ميزان د‌بي آب بر اساس نياز طراحي و شرايط تعد‌ا د پکيج ( المان خنک‌کنند‌ه) NTV واقعي ثابت فرض شد‌ه است و سپس ميزان بهينه د‌بي هوا بر اين اساس محاسبه هزينه نهايي کارکر د و عملکرد د‌ر مد‌ت عمر مفيد OC شد‌ه است .با استفاد‌ه از اين د‌و مقاد‌ير معرفی شد‌ه ،ميزان طراحي واقعي به‌صورت نسبت هزينه عملکر د کل د‌وران مفيد به هزينه سال اول P1 ثابت ب هد‌ست می‌آيد. ضريب اقتصاد‌ي P2 پارامترهای کم اثر ش��ناخته نشد‌ه د‌ر بررسی بهينه‌سازی د‌ر ميزان افت فشار نسبت جرمي آب به هوا R هر واحد ارتفاع از برج خنک‌کنند‌ه ،از ابتد‌ا د‌ر نظر گرفته نشد‌ه است .از آنجايي که ارزش د‌ر پايان د‌وره کارکرد با هزينه‌هاي سرمايه‌گذاری اوليه Rv اين مس��اله به 2متغير ساد‌ه باال بس��تگي د‌ارد ،بار حرارتي آب و بار هوا براي هر کل زمان کارکرد ساليانه S واح��د د‌ر مقطع عرضي برج ،براي انواع گوناگون المان‌هاي خنک‌کنند‌ه و س��طح ضريب تصحيح بد‌ون بعد Thw بهينه انتقال جرم و حرارت تعيين گرد‌يد‌ه ،با اس��تفاد‌ه از ميزان گفته ش��د‌ه سطح کل هزينه برج د‌ر طول عمر مفي د TC نهايي بهينه انتقال جرم و حرارت ب هد‌ست مي‌آيد. حجم برج خنک‌کنند‌ه V مشخصات قطره‌گير a حجم بهينه برج خنک‌کنند‌ه Vopt سطح مقطع عرضي برج خنک‌کنند‌ه A ميزان اختالف د‌ماي آب د‌ر طول زمان گذران د‌ر برج ATw سطح خروجي فن Af کارآيي برج خنک‌کنند‌ه ε سطح بهينه خروجي فن Af,opt ميزان بهينه کارآيي برج خنک‌کنند‌ه εopt سطح انتقال جرم و حرارت Ai راند‌مان فن خنک‌کنند‌ه ηf سطح بهينه انتقال جرم و حرارت Ai,opt راند‌مان موتور فن η س��طح مقطع عرض��ي بهينه د‌انسيته هواي محيط ورود‌ي برج خنک‌کنند‌ه Aopt به برج ρ شکل ( )1اثر سطح انتقال حرارت و جرم برهزينه هاي برج خنک کنند‌ه ظرفي��ت گرمايي وي��ژه هوا بع��د از كم��ي تک��رار (روش اشباع Ca,sat س��عي و خط براي يافتن ريشه و هزينه برای سطوح مختلف انتقال حرارت قيمت واح د برق CE بازبيني اطالعات) ،روش اختالف هزینه مستقل از هزينه اوليه فش��ار د‌ر مطالع��ات بهينه‌س��ازي برج CX استفاد‌ه مي‌شود .ليست پارامترهاي هزينه اوليه ،برج خنک‌کنند‌ه طراحي شامل قيمت کنوني ارزش به ازای واح د حجم CV انرژی برق ،نرخ قيمت انرژي ،نرخ ع�� دد ثاب��ت اس��تفاد‌ه ش��د‌ه بهره ،عم��ر مفيد برج خنک‌کنند‌ه، د‌رمعاد‌له ( )21براي نوع قطره‌گير مش��خصات قطره‌گيره��ا ،ارتفاع C1 مج��از ب��رج خنک‌کنن��د‌ه .تعد‌اد ع دد ثابت اس��تفاد‌ه ش��د‌هد‌ر ساعات کار ساليانه ،د‌انسيته هواي معاد‌ل��ه ( )20برای ن��وع قطره‌گير محيط ،ب��ازد‌ه فن و موت��ور برج، سطح انتقال جرم و حرارت نرخ بهره d هزينه اوليه تامين برج خنک‌کنند‌ه 54
H
1 e NTU ( R 1) 1 Re NTU ( R 1)
(1)
w (H ) w (H ) 1) ( RNTU 0 (2) 1 e NTU w ( NTU ) w ( R ) (1) H NTU : (باRبو (دR1 )1 مي‌باشد و ميزان بهينه د‌بي هوا برابر خواه )د1 کارآيي برابر .می‌باشد 11 Re e NTU H ma Ca ,NTU (1) sat ( R 1) 1.0 w (H(3) R 1w (HRe ) ) فرموالسيون مساله R 0 (2) mwCNTU w (NTU R 1) د‌ر واقع نوع ترکيبي از مبد‌ل‌هاي،برج‌هاي خنک‌کنند‌ه از نوع جريان اجباري 1(H ) e ) w (wNTU w (HR)) RH CNTU 0 (2) (1) ( R 1) m C 'T m)wNTU با اس��تفاد‌ه از مقاد‌ير و، عملکرد و ميزان کارآيي برج خنک‌کنند‌ه.حرارتی اس��ت w w( Rw) w 1 Re w ( NTU w m m Ca ,sat (4) 1 . 0 R a ,opt a C i i (3) .پارامترهاي عمد‌ه قابل محاسبه و پيش‌بيني است a , sat iw , 2(H ) i ,1 wm (aHCw)C m a , sat w NTU 1.0 (3) 0 (2) RR به نرخ نس��بت د‌بي جرمي آب به هوا و،کارآيي برج خنک‌کنند‌ه به‌طور کلي w ( NTU wمقا(د R ) )4( تمام پارامترهاي س��مت راس��ت معاد‌له .دAهستن ير A V §ثابتي·د‌رA m §طراحي ·w)§C i im wC mwiC·¸wH'TwaH ¨ ¸ ¨ ¨ (5) w w¸ بهmAدa ,توان مCهaد¹,©خنک‌کنن (4) ميزان س��طح، کارآيي د‌ر قس��مت د‌يگر، د‌ر قس��مت اول اين مطالعه.تعد‌اد المان‌هاي انتقال حرارت بس��تگی د‌ارد A ¹ ©برج V جرم optm ©يaV ¹ 'iTانتقال حرارت و mCwsat miwi ,C w 1 .0 w i ,1w aC , sat 2 (3) R ma ,opt m C :(4) بهينه برج خنک‌کنند‌ه تعيين مي‌گر دد و س��پس بهينه‌ترين نسبت جرمي د‌بي آب صورت زير فرموله و قانون‌من د گر دد AiwCaw,sat i i رابطه مربوط به کارآيي يک برج خنک‌کنند‌ه از نوع جريان.به هوا تعيين مي‌گر دد i,2 Ai § Ai ·§ V (6) · i ,1 · §A ¨ m¸¨ C ¸ ¨m i C¸ H'T aH aH (5) :اجباري از نوع جريان مخالف به صورت زير است w w w w w Ai a ,opt§© A Vi ·¹§©VA·¹ §© A V ·¹ A m (4) NTU ( R 1) 3 ¨2 2¸¨ aH) 2 (5) ¸ K¨) i i 2¸ H 1 e C i ( 6 . 5 ( / M a H A A , sat¹ A a ©AV ¹©aA © Vi , 2¹ i ,1 f D H (1) (7) :و خواهيم د‌اشت i 1 Re NTU ( R 1) 2 U 2(6) Ai2K f K m A Ai aH §AiAi ·§ V · § Ai · ¸ 2 ¨2 ¸ H aH (5) AA ¨CVP¸m¨ 3A3(6) w(دH،ه��وا ) جرمي آب به ) w (Hنس��بت متغير و زمان��ي ک��ه تعد‌ا د المان خنک‌کنند‌ه و a H© V S >6¹.5 K 2( A / Af ) 2 @ 3 aH 2© E2 1¹© a ¹ R NTU (2)( R 1) OC D (8) M a a H (6.5 K ) 2 2(2A / A f ) 2 10ش رو e NTU w ( NTU ) w ( R ) ه د استفا متغيره د چن سازی ه بهين هاي جهت بهينه‌سازي بايد از 2 p A K K D H (7) (1) ،وابسته باشند i f m 2 3 2 A2 2 2 62.U5 AدiK��توان M H i ازحاص(ل يm2 (م،ه Aد/خنک‌کنن A f ) ت��وان مورد‌نياز فن د‌س��تگاه برج K)f K افت 1 Re NTU ( R 1) : مثال.نمود Aa aضرب (6) ma Ca ,sat D (7) IC aH CV AH (9) 1.0 (3) w (H ) R : د د گر تعيين زير رابطه از هوا حجمي بي د ر د فشار 2 U 23 K K Ai22C X 2 m 2 ( ) w H f C P m3 a H S >6.5 K 2( A / Af ) @ mw C w R NTU 0 (2) OC3 2 E 2 1 a 3D 2 (8) 2 2 (63.35a 2 H M a a CH P m K22)pS 2>6A2.i5(2KA f /KKA 2 w ( NTU ) w( R) f )2( A /C P M H S K A A [( 6 . 5 ) 2 ( / ) ] @ ) Af m E 1 a E 1 (7) a f D OC D (8) 2 2 C2 AH TC IC 2 UOC m DwC w mwC w 'Tw Ai K2 pf KVmA 2K f K mC X ma ,opt 2 U 2 Ai2K f K m پذير صورتي امکان دmمعاa Cدaح,sat،(د4) د‌ه1ي .م0(نشان3)روش‌هاي جبري IC CV AH C X i (9) iله Ca ,sat فقط د‌ر ii , 2)2( R i ,1 3 2 2 2 mwC w، د‌ر اين مثال. باش��ندR=1 اس��ت که > @ 3 6 . 5 2 ( / ) C P m a H S K A Af انتقال سطح به د مفي عمر طول ر د برج د کارکر هاي ه هزين ميزان (10) E AH a C ، برج 1 بستگي ش��رايط ترين ه بهين برابر R پارامتر ميزان IC C (9) OC D 2 S(8) V X 2 2 C E P1 M a3 H [(6.5 K ) 2( A / AAfi ) 2 ]§ Ai ·§ V · § Ai · Ai K f K m CX D¸¨ ¸ ¨ ¸ H aHmwC(5) wTC (TC )IC OC 2CpV AH mwC w 'Tw 3 2 w 2 K ) 2( A / A ) 2 ]¨ C E P1 M a H S2[(U62.5Ai 0 Af © V ¹© A ¹ © V ¹ma ,opt K f Km (11) (4) TC ICV AH OC CC AH C D w ( Ai )C C ii , 2 ii ,1 IC (9) X a , sat XV 2 U 2 Ai2K f K m (10) A 32 2 A 2] i (6) Ai § Ai ·§ V · § Ai · (10) 2(EAP/1 M ] S [(6.5 K ) 2( A / A f ) aH P1Ma3H 2S[(6.5 K) C Af a)H wTC (TC )ICC E OC ¨ ¸¨ ¸ ¨ ¸ H aH (5) CV AH C X D Ai,opt 3 0 2 2 (11) A © V2 ¹© A ¹ © V ¹ 2 Ai K f K m 2 U (12) 3 2 2 ww(TC ( Ai ) U K K C f m V M a a H (6.5 K ) 2( A / A f ) 0 (11) (10) Ai D (7) w ( Ai ) 2 U 2 Ai2K f K m A 3 2 2 N (6) ½ C P M H S[(6.5 K) 2( A / Af ) ] aH w1(TCª« )3 1 Eº» ®11 3a 12 i ¾i z d P (13) 2 A 3 2 2 i ,opt d 0 (12) 2 C E P1 m3 a a H S >6.5 3 K2 22 ( A / Af ) 2 @ .¿5f H1 Sd[(U6K ¬ Ci P ¼ M (11) KmKC)V 2( A / Af ) ] OC ( Ai )3 E 1¯ a / Af )2 M a H (6.5 K ) D2( A(8) Awi,opt (12) 2 2 p 2 Ai2K af K m D (7) U K K C 2 2 N N f m V 2 U Ai K f K m P1 ª 1CifiºP Md3 H 1 2 S(14) i[(6½.5 K) 2( A / A )2 ] P1 «1 i E» ®11 a izd IC CV AH C X (13) f (9) Ai,optª¬ d31 iº¼ 1 id N 2½¾¿ C E P1 m33a a 2 H 2 S >6.5 K 2( A / Af ) 2 @ (12) Ni K PP1 1« P M» ®¯ 1 R (1 dU) ¾K z d OC D (8) C (13) 3 2 2 f m(15) V 2 1 S V C E P1 M 2 pa2H K m6.5 K ) 2( A / A f ) ] Ai2KSf[( ¬ dN i ¼ ¯ 1 d ¿ TC IC OC C AH C D V X 2 2 N P1 ifi d (14) 2 U Ai K f K m 1ªN 1i º ®1 1 i ½¾i z d IC C AH C (9) P V X (13) P11 «¬ A d ifii »¼ ¯ d 1 (14) d N¿ (10) P2opt 11 Pii,1opt M S R(16) (15) V V (1 d ) C E P1 M a3 H 2 S [(6.5 K a N TC w ( ) TC IC OC C AH C P2 1 N P1 M S RV (1 d ) (15) V X 0 P1 ifi d (11) 2 U 2 Ai2K f (14) w ( Ai ) 1V opt i Aopt Ai ,opt (17) (10) N HM R(16) VPopt 1 P (15) 2 1 S V (1 d ) Ai ,aopt 5 )K) 2( A / Af )2 ] CE P1Ma3H 2S[(w6(.TC Vopt A (16) 3 A 0 i ,opt (12) (11) A f ,opt Vaopt (18) Uw2K( Af Ki )mCV ( A / A f )(17) Aopt VAH i ,opt opt N Vopt (16) 3 2 2 A opt (17) 1 i ½ ª 1 º maHa a H S[(6.5 K ) 2( A / Af ) ] P1 « i z 3d CE P1M A(19) (13) G ®1 ¾ A » (12) A f ,opt a ¬ d i ¼ ¯ 1 d i,opt (18) ¿ U 2K f KmCV V(optA A / Af ) AAfopt (17) (18) ,opt m N Af ) N L mwa (HA / (20) P1 ifi d (14) ª 1 º 1 i ½ G A 1 i P1 « (19) (13) ®1 ¾i z d A » maa ¬ d i ¼¯ 1 d ¿ A (18) n 4 n 5 N f , opt G (19) P 1 P M R ( 1 d ) (15) § (LA /· A§ )G · 2 1 S V ¸¸ K m Ca2w¨¨ ¸¸ ¨¨f (21) N L L G (20) P1 ifi d © 0¹ © 0¹ (14) mm A a w 1 i LG (19) (20) A i ,opt Aa§ · n 4 § · n 5 Vopt (16) P2 1 P1 M S RV (1 d ) N (15) L G n1 ¸n 5 n 2 (21) ¨ ¸ ¨ K C a n 4 2 m ¨ ·¸§ L§¨ G · §·¸ G · 0 ¹¨ L C w§¨©CL1 H Thw ) n 3 (22) ¸¸¨(20) ¨¨© ¸¸ 0 ¨¨¸¸¹ ¸¸ ((21) KNTU 2¨ Vopt A L G0 ¹ 0G © ¹ © L © 0¹ © 0¹ Aopt (17) Ai ,opt n4 n5 H Vopt (16) § NTU L· §G n1 · n2 a HKopt C2 ¨¨ ¸¸§ L¨¨ · §¸¸G(23) · (21)n 3 A R
>
@
> >
@ @
>
@
>
@
>
55
@
(4) w (H ) HR a ,optw (H )C NTU ( R 1) ii , 2 ii ,(1) satNTU m·w)§aC, V T1w 0 (2) ARe w· m w w' (3) mAiw (1NTU AwC ( R ) § § · mwC w mwC w 'Tw i i a ,opt ¨ ¸¨ ( R¸ 1) ¨i ¸ Hi aH (4) ma ,opt (5) AAi w1§©(H A VA ·¹ §© A a§©, sat i ,w 2i (·¹ )iC H )i ,1 ·¹NTU V V e Ca ,sat ii , 2 ii ,1 R m NTU 0aH (2)(5) ¨ a Ca¸,¨sat ¸ ¨ ¸ H (1) mwC w mwC w 'THRA A ¹( R1 1.0)© AVw (¹(3) R) (15) © AAVRe ¹§)©NTU Awi w (1§NTU V ma ,opt · § · · mi C i (4) Ai § Ai ·§ V · § Ai · (5) Ca ,sat ii , 2 ii ,1A ¨ iw ¸¨w ¸(6)¨ ¸ H aH ¨ ¸¨ ¸ ¨ ¸ H a A A wm (VaHiC)¹a©,satA ¹ © Vw¹(H ) ©aH A © V ¹© A ¹ © V ¹ w(6) NTU 0 (2) A mw C 1.0mwC(3) R w 'Tw ( NTU w( R) aH Ai § Ai ·§ V · § Ai · m 2mw2C)w aw,3opt A >(6a,.sat5) مp1-p2( ( Aii/,1 A f ) 2 @ (4) MaH K ) i i , 22 i (5) C aa H ¨ ¸¨ ¸ ¨ ¸ H صورت Ai تجربي اختالف فشار جرم د‌ار د و با روش D 3 2 د به 2 (ي‌توان6) (7) A © V ¹© A ¹ © V ¹ A A حرارت و 2 ) 2( A / A ) 2 @ (6) mHa Cm > 6wC .U5w2 AiK M a aaH ' m C T K K a(,2 sat f a w w w f m ma aHزير RAa ,opt § A ·§ V2 · 12.0§ A ·(3) D :فرموله و قانون‌من د شود (7) m (4) G i i i (19) mw2 C Ai mVopt 2 >C(¸62w¨©a.U,53satA3a ¸¹AaKi2KH)¨©f 2KViSi,m22>6¸¹( .HA5i /i,1AKaH ) 22@( A /(5) M a3 a 2 ¨H f @ D (8) M a3a 2 H 2 >(6.5 K ) 2( A / A f A (6) A ©CVE P¹1 m G Aopt mawa (19)(17) DAf )2 (7) L OC 23 22 (20) 2 aH 2 2 H a 2 U K K A ' m C m C T > @ 3 6 . 5 2 ( / ) C P m a H S K A Af 2 p A K K mAw Ai § AE i 1·NTU §w Va(wR· i 1) §f Awmi ·iw f wm 2 U 2 Ai2K f K m OC m (4) D (8) A a ,opt 2 ¸2H aH 3 2 2 21 e L ¨ ¸ ¨ ¨ ¸ (5) (20) i 2 p A K K > @ M a a H (6.5 K ) 2( A /HA A n5 An 4 2 i m i ifi ,(1) Af ) C VPD1C A3 a(6) 1 m 2( A / Af ) 2 @ ¹( R2 H ©C ¹m©aNTU 3,sat K :خواه د بو د با هزينه اوليه برجC E P1m33a a 2 H 2 S >6.5 K A Aw§ L · § G · (18) IC C1)©XSVi>,62¹.5 (9) L (7) 1aH ERe V AHa 2 2 OC D( برابر8) ¨ ¸ K f ,optCA2 ¨¨ ( A /¸¸(20) 2 2 2 U K K A A ) (21) OC n 4 f¨ n5 i f m ¸ 2 p A K K IC C AH C i f m (9) Ai 3 2§AA V · §X Awi (·H ) 2 2 p 2 A 2K K §© LL0 ·¹ §© G 3 2 G0 ·¹ n 5 iV)2i >·(§ w ( H @ 6 . 5 ) 2 ( / ) M a H K A A H aH ¨ ¸ ¨ ¸ ¨ ¸ A C P M H S K ) 2( A / A f ) 2 ] i f m [( 6 . 5 (5) n 4 a f ¨¨ ¸¸ ¨¨ ¸¸ K C 3 2 2 2 NTU (6) 1 E a (21) R 0 2 (2) @¹ C2Dعمر (©AIC )A C E P1 m3 a a H S >6.5 IC KA 2aH Af D ma§ LL · § G V/AH (7) G· 3 2 ¹ ©CV ((8) ¹R(9) AH C X C Pبرج 2.5 OC زماني خواه برابر د2مفي خنک‌کنن��د کل هاي هU6هزين w ( NTU )2© UOC ) ه د‌رC A / A f )C2 X] D(9) ،)له (آخرين ريش��ه‌يابي2 2 دTC V برج G ¨© 0 ¸¹(19) ¨© 0 k¸¹ ميزان واقعي Ai KX f KwVطول K معادC 2ريش��ه (21)پاي��ان مي‌ياب د که ICKf K) m C2V(AH E 1 M a H S2[( m Ai2مي��زان K 2 p Ai K f KTC C AH C D m 3 2 IC a ¨© L0 ¸¹ ¨© Gn10 ¸¹ n 2 2 OC 2 M a amA HiC >(6.53 2K )2 V 2( A / A f )X @ ميزان تعد‌اد المان خنک‌کنند‌ه از رابطه.( تعيين شد‌ه باشد10) :ب ه§د‌ست مي‌آيدL)22( U62.5Ai 2KKf K) m :با2بو(دA / A f ) 2 ] 2 3 H 2 S2 C P M [( · §G· A a P a ,m sat3 (6) D > @ 6 . 5 2 ( / ) C a H S K A Af n3 E 1 a (7) a R aH NTUmwC1 H ¨¨ ¸¸ n1 ¨¨ ¸¸ n 2 (Thw ) (22)IC CV AH C X (3) C OC D (8)2 2 TC ICE 12OC (9)(10) U 2 A1i2.K0Cf KV2mAH IC OC C VDAH C L LL0 ·¹ §© G m 2 p Ai2K f K m X 0 · ¹ 2 U Ai KTC wC w §©(20) G TC w ( ) n3 f Km 3 2 2 0 3 23 22 2 NTU A C1 H ¨¨ ¸¸ n1 ¨¨ ¸¸ n 2 (Thw ) (22) 2 6P.35M / A ) @ /2Af (11) KH) SS>26[(.(56A .5 §© LL0 ·¹ §© G ) 2 @A f ) ] P>1E(m aa C G· wM )HECm 1 a aaH Ai )C w(C(TC 'TKw f K2)( A m C 2 (9) D( A / (7) ¨n 4 ¸¸ ¨¨ n 50 ¹¸¸ (Thw ) n 3 OC D (8) CNTU (22)TC IC OC CV AH (10) IC (11) C 02wC 2w 2 X w2 w 1H ¨ D (10) V AH m X HNTU 2 2 § · § · U K K A (4) L G 2 p Ai K A K a(,A opt ) L G(23) ¨¨ NTU ¸¸© ¨¨01¹ ©¸¸ :0د¹( مي‌آي21) Ca ,sat i 3 f i2i ,m22 U iif,1i mK f K m i) Kopt C 2NTU ww(TC ست د ه ب زير رابطه از کارآيي بهينه ميزان 3 2 2 w (TC ) 0 E P31M(11) L0 ¹ © G0 ¹ (23) )2 ] (EAP)1/2M C A H opt © NTU 2 S[(6.5 K ) C aHH fa)H] S [(6.5 K ) 2( A 0 / A f (11) (10) @ C mگرفتن 3 a a 2C S >6.با5(9) A /2Af KC 2جرم (و IC C AH _ EVP 1از A w ( ) 3 مشتق 2V AH 2 ميزان 3 TC IC OC C D A kg NTU 1 هزينه رابطه ،حرارت انتقال سطح ترين ه بهين X 1 i (8) OC D X Aii,opt § Ai C H opt ˹/˺ $ ·§EV § AS[( · 62K · aH .5 KC) 2( A / Af ) ] 2 U 2(12) P1M CE= ˬ(23) ma=˹/̌ s ˬ a=˺˺˹ m Ai2Kwf(KAmi ) 2¨ p 2i A¸Ui2H K f Kf KmaH ¨ ¸ ¨ ¸ m جرم V ( و5) 3 NTU KWH 1 A TC w ( ) 3 2 2 _ ر د رابطه ن د ا د قرار صفر مساوي د بع و حرارت انتقال سطح برحس��ب ،کلي kg Ai,opt © V ¹© A ¹ 3 © 2V U ¹62K M )a 2H] S [(6(12) .5 K ) 2 ( A / A f ) ] 2 EP CE= ˹/˺ $ KWH m0 1 (11) n1 ˬ m n 2a=˹/̌ .5f KmKC)V 2C( A /1A (10) 1Ma HCS[( f معاد‌له زير قابل تعيين شد‌نC P M 3 H s ˬ aw=( ˺˺˹ TC C3ICCAH E POC N CX [(6.5 SD Ai ) _ 1 .است § $L · § G · V AH IC C 2 (9) n 3 kg A ½ CE= /1˺H ¨¨ KWH ˹/) ̌ s (22) ˬ a=˺˺˹ m نتايج و بحثPi,opt ªAiV1 º 1 X1 i 2 i z d ¸¸ ¨¨ ˬ ¸¸ma(= Ai2K 2 U (12) Km 3 E 1 a NTU ˹C Thw A fopt , i U K K C (13) N ® ¾ TC w ( ) 1 f m V L G A « » ½ (6) U 2K f Km 0 ¹ © i ¿ ª¬ d 1 0i º¼ ¯ (11) 3 2 2 3 2 21 d ©برج خنک‌کنند‌ه2 واقعي ازه0د¹ با ان،ست آمد‌ه از تکنيک بهينه‌سازي ب هM نتيجه (10) C P M H S K A A [( 6 . 5 ) 2 ( / ) ] aH P 1 i z d [( 6 . 5 ) 2 ( / ) ] CEدP H S K A A (13) ® ¾ E 1 a f 1 a w1 ( Ai«¬)dIC i »¼OCf 1C dAH N TC DN 3 نمونه مقايسه مي ¿ C X2 2 2 NTU برج خنک‌کنند‌ه مشهور به،1 نمونهAر باbenchtop i ,د opt.ش��ود 12 >(6º.5¯ K1) Vi2( A½(12) 3 ª2 N 2 A 2 U K K TC w ( ) @ / ) M a H A 1 1 i ½ U K K C H opt ª º i f m P 1 i z d f (13) (23) ® ¾ fرابطه V 1 ma «کمک P ifi d » (14) 0 2d 2 بهينه‌ترينPسپس ¼بهP (تواند11) ي31حرارت م ميزان 1 :REF14( مشخصات زير د‌ر نظر گرفته شد10) 1 NTU 1 «¬ d i »¼ ®1 1 d ¾i z [(6¿.و5جرم Kانتقال ) 2D(سطح A / A(7) f) ] w ( A¬i1)dN 3 iCiifi 2EU¯12M Adi2aKHf KS ¿ m(14) A 1i ,opt N P . د د گر محاسبه 12 ¯ (12) N 1 i ½ P 11N Pi M R (1 dU) 2 K ª 1 _ 1º kg K C (15) 3 2 2 2 f m V 1 i z d 2 1 S V CE= ˹/˺ $ KWH ˬ ma=˹/̌ s ˬ Pa1=˺˺˹ m TC w ( ) (13) >6[(.5 6N .5K K2)( A /2Af @ f )D2 ] (8) P N ifi d C E Pifi m3PaM ad 3HH S2 S «¬ d i »¼ ® 1 d ¾P1 10 (14) ( A)/ A E 1 (11) a P2 11 Pi1C ¯ ¿ OC (14) 1 Awi,(optAi ) 3 M S RV (21p 2 dA)i2NK2 ½f K m (15) (12) 1 i 1 iU NK K C ª 1 º dV N (13) ¾if zm(15) PP21 1 « A P M S» ®1R V (1 d ) P2 1 P1 M S RV (1 d ) N P1 س��ال-=0CE/1 ifi d d 1 C i ¼P¯ 1 2 Sd[(6 CV=750و وρ =1/2 وS=16000 ساعتN= 30 (14) IC AH Ca3H ¿5 K) 2( A / Af )2 ] (9) . M(16) X Vopt ¬CVi ,opt 1 i 1 E N مشتق اين د‌قيقا که Ai,opt تابع opt دº 1 صورتي i 2 ½ د‌ر.(نقطه هزينه‌هاي حد‌اقل است12) ª A3ia1,وم =2/43 وVهزينه 3 2 1 (16) if KzmC dV C (13) opt N ® ¾ U K 1 (15) « » P2 1 P1 M S RV (1 d ) N P P M H S K )کل بزر [( 6 . 5 گ‌تر 2( A / A f ) 2 ] : د د گر ي م تعريف زير صورت به P1 و P2ير د مقا ، د باش صفر از a ifi E 1 a PTC d 1C d(14) i ¼OC ¬AdIC . ب هد‌ست مي‌آيد2/09 بر اين اساس ميزان بهينه سطح انتقال جرم و حرارت 1 V ¯ ¿ AH C D i , opt opt X A 1 i (16) (17)V N 2 U 2 Ai2VKoptf K m i ,opt اس��ت اين2/42 د‌ر حالی که که ميزان س��طح انتقال جرم و حرارت د‌ر اين مثالVAoptopt ª N (16) VaH ½ opt 1 1 i º N a A P P1 MifiS ® 1Rd (17) d (13) V (1 d ) ¾i z (15) P211opt 1« H ي ( مس��اله نشان م10) د‌رصد سطح انتقال حرارت و جرم اضافه د‌ر%15 د که تقريباAهiد,opt d opt i i »¼A¯ 1 d(14)¿ ¬V 1 Vopt (16) A(fTC opt د‌ر نتيجه د‌يگر بهينه‌سازي براي برج خنک‌کنند‌ه.دVشو استفاد‌ه مي (17) (18) ,opt ) a اين مثال گوياAPwopt Aopt N AA (17) ( A / ) H 1 P M R ( 1 d ) (15) f 0 N 2 1 S V (11) (18) H f ,opt A ifi تعيين مي‌گر دد اما سطح انتقال حرارت1917 ) سطح1( Ref نوع معرفي شد‌ه د‌رA P d (14) A w ( ) 1 i , opt ( A / A ) i Vopt 1m i A f (16) (اس��تفاد‌ه از17) و جرم باAVGopt تعيين مي‌گرد‌د که972/37 ]15[ ارايه شد‌ه ش��مارهAفرمول A aa opt (18) N f ,opt (19) A f ,opt H يد‌ه د (18) 2 2 ( AM/ SP A fM ) V3 H P2 1m aA R (1 d[() 6.5 K (15) نش��ان مG کمتر س��طح انتقال جرم و حرارت الزم اس��ت نتايج%50 تقريبا a P1C ) 2 ( / ) ] S A A ( A / Af ) 1 E a f ,opt (19) V3iopt A V (16) , i opt A (12) opt هاي مختلف انتقال جرم و حرارت براي اين مثال د‌رAمحاسبات هزينه براي سطح (17) m maaw aنگه��د‌اري و U 2Kهاي کارکرد س��اليانه هزينه (نس��بتms د‌ر اينج��ا پارامترma (18) بهAopt f KmC V f ,opt (20) ( A1/ شماره A f ) نمود‌ارGL m H (19) .) نشان د‌اد‌ه شد‌ه است1 (شكل a A w هزينه به د کارکر وره د پايان هنگام ر د ارزش نسبتRv .)اوليه اس��تGه‌هايa( هزين19) Viopt A L N ,opt (20) A ½ 1 1 i میزان متفاوت هزينه کل د‌وره عمر مفيد برج خنک‌کنند‌هm ،1 نمود‌ار ش��ماره VA A ª ºN (16) opt opt د 5 نرخd . برابر نرخ قيمت سوخت اس��تi .اوليه اس��ت وPبرج (و17) بهرهn(18) izd f ,opt mAمفيaعمر/»· A a (13) ®n 41§ m )G ·¸n 5d ¾¿ (19) LK1 C«¬wd§¨H( LAi(20) که سطح انتقال جرم و حرارت افزايش مي‌يابد هزينهGهرچه قد‌ر . د ه د ي م نشان را ¼ n¯4 f¨ 1 ¸ (21) 2 a .باشد اين فرآيند واحد ميL نيز د‌رwP2 (20) ¨ ¸ ¨ ¸ A V§ L0 ·A § G0 · ¹ نظر کلي به س��مت منطقه نقطه حد‌اقل کم مي‌ش��ود که اين نقط��ه منطبق بر نقطه ¨©opt ¸¸¹ ¨¨© تکراری K (21) را مي‌توان به‌صورتk ميزان پارامترA Aopt باCm .د2N نمو f ,opt (17)¸¸ (18)ريش��ه a¨ Lمحاس��به n4 G mw (LA0ifi A§©f d)G0 ·¹n 5 (14) n4 n5 P1 §©H ·/¹(19) برج‌هاي خنک‌کنند‌ه بايد نزد‌يک اين منطقه.حرارت است (انتقال20) بهينه سطحkG L جرم ميزان آن وابس��ته به بار آب و هوا د کهC به¨§اينL ·¸ §¨ G ·¸ ¸¸ ر برج K ميزان C12a¨¨ ،اس��ت i ¸¸ خنک‌کنند¨¨ه (21) K (2 2 طراحي شوند و بيشتر از آن هزينه سطح اضافه انتقال جرمA) (نقطه حد‌اقل هزينه n1 2 © L0 ¹A © Gس��پس m N پارامتر واقعي ·)وnگرفت نظر د‌ر3/5 را ©¨مي‌توان د‌ر آغاز ريش��ه‌يابيL0 ¸¹ ¨© G0 ¸¹ § L ·V0(1¹§ G(18) A2f ,opt1m n4 n5 P waP1 Mميزان R d (15) n3 G S (19) ¨ ¸n1 ¨¨ ¸¸n 2 (Thw ) NTU a C(1AH/(20) .اي§د‌ر جهت کارآيي بيشتر براي برج خنک‌کنند‌ه نيست (22) Lحرارت §هزين·ه G · با وL §¨ALf )·¸ محاسبه § G · مي‌تواند با اس��تفاد‌ه از ميزان بهينه س��طح برابرk ،و هواAبارگذاری آب K C 2 ¨¨ ¸¸ ¨¨ ¸¸ (21) NTU C1 H ¨¨© 0 ¸¸¹ ¨¨© 0 ¸¸¹ (Thw ) n 3 (22) L G 0 ¹ © 0 ¹ © خالصه 1 تعيين m mwa §©nLL4:0د·د¹nگر © Gn 50 ¹n 2کمک پيمود‌ن معاد‌له زير به‌صورت سلسله مراتب n1 n2 NTU L G §i ,1opt ·(20) §¸ G§¨ ·G ·¸ (Thw ) n 3 L § L· §G· (19) A ¨ NTU C H (22) H اقتصاد‌ي بود‌ن يک فاکتور حياتي و بسيار مهم براي کارکرد برج خنک‌کنند‌ه ¨ ¸ ¨ ¸ ¨ ¸ ¨ ¸ K C ¨ ¸ ¨ ¸ (23) NTU C H A (21) a opt Vopt 2 NTU 1 (16)¸G0 ¹ ¨ NTU ¸ L0¨1 ¨ L ¸ ¨ G ¸ (Thw ©aL0 ©¹ n ©¹G0© ¹ n(23) © 0¹ © 0¹ 1 n 2 H opt د‌رباره اقتصاد‌ي بود‌ن برج خنک‌کنند‌ه از ن��وع جريان اجباري نوع جريانn.اس��ت 4 5 m NTU § L· §G· 1 § · § · n3 w _ L G NTU kg ¨¨ ¸¸مخال��ف ¨¨ ¸¸ (CE= L NTUش��د و C1 H Thw ) C˹ $¨ ¨¨/opt˺(22) ¸(20) ¸ ˬ m =(21) اعتب��ار فرمول‌هاي.فرمول‌هاي کارب��رد‌ي ارايه گرد‌ي��د بح��ث NTU ˹/̌ s ˬ a=˺˺˹ m _ 1 2V HK ¨KWH L0 ¸¹ G0 ¸¹ (23) a © L0 ¹ © G0 ¹ Aoptopt ANTU kg (17) (23) 1 H opt © © 1 $ n 1 n 2 تکنيک بهينه‌سازي ارايه شد‌ه به. مثال نمونه تست وتاييد ش��د2 بهينه‌س��ازي باCE= ˹/H˺ §n 4KWH ˬ m = ˹ / ̌ ˬ a = ˺˺˹ m NTU 1 a s L · § nG5 · n3 ¨ ¸ ¨ ¸ _ NTU NTU C H ( T ) § · § · L ¨$ ¸G ¨ ¸ kg (22) .گان برج خنک‌کنند‌ه مفيد به‌نظر مي‌رسد نظر براي طراحان و سازندCE= ¨ ˺1 ¸A H opt C˹/ L¨¨0 ¹ ©¸¸ˬ G0 m ˹hw/̌ s ˬ a=˺˺˹ m 1 CE= ˹/˺ $ (23) K ¹ na2 =(21) ˬ ma=˹ A f ,opt 2 ¨© L0 ¸¹© KWH Gn10 ¹ (18) NTU 1 KWH © ( A /§ALf )· § G · n3 ¨ ¸¸ ¨¨ ¸¸ _ (Thw ) NTU kg CNTU 47 (22) 1H ¨ 0m ¹ ˺˺˹ © G(23) ¹ 1 CE= ˹/˺ $ KWH ˬ maH=opt ˹/̌m s ˬ© L0a= NTU 1 a n1 n2 G §(19) 56 L· §G· a CNTU _ ¨ ¸ ¨ ¸ NTU H Thw ) n 3 kg (22) 1 H opt ˹/1˺ ¨ $L ¸ ¨ G (23) ¸ma(= CE= ˬ ˹ / ̌ ˬ a = ˺˺˹ m s 01¹ © 0 ¹ mwNTU© KWH L (20) _ kg A NTU CE= ma=˹/̌ s ˬ a=˺˺˹ m 1 H opt ˹/˺ $ KWH ˬ(23) NTU n 4 1 n5 i ,opt Vopt N (16) A ia ,opt V optifi d VP (16) 1 Aopt (17) (14) opt 1 ai VH opt N A2opt 1 VP1 M S R(17) P V (1 d ) opt A H Aopt (17) (18) A f ,opt H( A /AA f ) A f ,opt (18) A ) Aoptf ,optmAa i(,optA / A f (16) (18) V G Af ) a( A /(19)
R
ma Ca ,sat mw C w
1 .0