مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

شبیه‌سازی عددی برج خنک‌کن خشک جریان طبیعی نیروگاه سیکل ترکیبی یزد: بررسی تأثیر زاویه لوور

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
1 دانشگاه تربیت مدرس
2 دانشگاه کاشان
چکیده
عیب اصلی برج‌های خنک‌کن خشک جریان طبیعی، تأثیر شرایط جوی نظیر دمای محیط و وزش باد بر روی عملکرد حرارتی این نوع از برج‌ها است. وزش باد باعث اختلال در جریان طبیعی هوای درون برج شده و با ایجاد گردابه‌هایی در پشت و درون برج، ساختار جریان هوا را کاملاً مغشوش می‌کند. در هنگام وزش باد، سرعت هوای وارد شده از لوورهای جلوی برج به حدی زیاد است که به جای خروج از دهانه برج، از لوورهای روبرویی عبور می‌کند. اثر منفی این پدیده باعث کاهش قدرت سرمایی برج و در نتیجه کاهش توان تولیدی توربین در نیروگاه‌های سیکل ترکیبی می­گردد. یک راهکار مناسب جهت رفع این مشکل، تنظیم صحیح و به موقع لوورها است. لذا در پژوهش حاضر عملکرد حرارتی برج خنک‌کن خشک در شرایط باز و بسته شدن لوورهای جلویی و تغییر زوایای آن‌ها مورد ارزیابی قرار گرفته است. در این راستا، یک واحد برج خنک‌کن خشک جریان طبیعی مطابق با ابعاد برج مستقر در نیروگاه سیکل ترکیبی یزد به صورت سه‌بعدی و با بهره‌گیری از نرم‌افزار فلوئنت شبیه‌سازی شده و نتایج حاصل از حل عددی با نتایج تجربی اعتبارسنجی گردیده‌اند. جهت مدل‌سازی جریان مغشوش از مدل توربولانسی استفاده شده و عملکرد برج در سه حالت بدون وزش باد، با وزش باد و لوورهای کاملاً باز و با وزش باد و لوورهای نیمه باز مورد بررسی قرار گرفته است. مطابق نتایج، با نیمه باز گذاشتن لوورهای واقع تا زاویه °60 می‌توان انتقال حرارت را 16% و دبی جرمی را 15% افزایش داد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Numerical Simulation of Natural Draft Dry Cooling Tower of Yazd Combined Cycle Power Plant: Evaluation of the Louvre Angle Effect

نویسندگان English

Reza Maddahian 1
Ali Akbar Abbasian Arani 2
Mohsen Rashidinejad 2
1 Tarbiat Modares University
2 University of Kashan
چکیده English

The main disadvantage of natural draft dry cooling towers is the influence of atmospheric conditions as ambient temperature and wind speed on the thermal performance. Wind disrupts the natural flow of air inside the tower creating vortices at the back and inside the tower that disrupts the air flow structure. When the wind blows, increasing the velocity of inlet air through the front louvers causes the air to pass through the behind louvers rather than outlet opening. The negative effect of this phenomenon reduces the cooling performance and consequently reduces the turbine production power in power plants. A good solution to this problem is to adjust the Louvers angle correctly. Therefore, in the present study, the thermal performance of the dry cooling tower was evaluated under the conditions of opening and closing the front louvers and changing their angle. In this regard, a natural draft dry cooling tower unit with the dimensions of the cooling tower located in combined cycle power plant was simulated in 3D using fluent software and the numerical results with the experimental data have been validated. The Realizable k-ε turbulent model is used to model the turbulent flow and the performance of the tower has been studied in three modes, including no wind, with the wind and the fully open louvers and with the wind and the semi-open louvers. According to the results, by partially removing the louvers to 60°, the heat transfer can be increased to 16% and the mass flow rate to 15%.

کلیدواژه‌ها English

Dry cooling tower
Numerical simulation
Heat Transfer
Louver
Wind
[1] Su M D, Tang G F, Fu S. Numerical simulation of fluid flow and thermal performance of a dry-cooling tower under cross wind condition. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 1999 February1;79(3):289–306
[2] Kroger D G. Air-cooled Heat Exchangers and Cooling Towers. Air-cooled Heat Exchangers and Cooling Towers 2004;1
[3] Al-Waked R, Behnia M. The performance of natural draft dry cooling towers under crosswind: CFD study. International Journal of Energy Research 2004 December19;28:147–161
[4] Zhai Z, Fu S. Improving cooling efficiency of dry-cooling towers under cross-wind conditions by using wind-break methods. Applied Thermal Engineering 2006 July26;26(10):1008-1017
[5] Goodarzi M. A proposed stack configuration for dry cooling tower to improve cooling efficiency under crosswind. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 2010 December;98(12):858-863
[6] Alkhedhair A, Gurgenci H, Jahn I, Guan Z, He S. Numerical simulation of water spray for pre-cooling of inlet air in natural draft dry cooling towers. Applied Thermal Engineering 2016 April5; 98:924-935
[7] Lu Y, Guan Z, Gurgenci H, Zou Z. Windbreak walls reverse the negative effect of crosswind in short natural draft dry cooling towers into a performance enhancement. International Journal of Heat and Mass Transfer 2013 August;63:162–170
[8] Lu Y, Gurgenci H, Guan Z, He S. The influence of windbreak wall orientation on the cooling performance of small natural draft dry cooling towers. International Journal of Heat and Mass Transfer 2014 December;79:1059–1069
[9] He S, Guan Z, Gurgenci H, Jahn I, Lu Y, Alkhedhair A M. Influence of ambient conditions and water flow on the performance of pre-cooled natural draft dry cooling towers. Applied Thermal Engineering 2014 May;66:pp 621-631
[10] Zhao Y B, Long G, Sun F, Li Y, Zhang C. Numerical study on the cooling performance of dry cooling tower with vertical two-pass column radiators under crosswind. Applied Thermal Engineering 2015 January;75:1106–1117
[11] Zhao Y, Long G, Sun F, Li Y, Zhang C, Liu J. Effect mechanism of air deflectors on the cooling performance of dry cooling tower with vertical delta radiators under crosswind, Energy Conversion and Management 2015 March15;93:321–331
[12] Liao H T, Yang L J, Du X Z, Yang Y P. Influences of height to diameter ratios of dry-cooling tower upon thermo-flow characteristics of indirect dry cooling system. International Journal of Thermal Sciences 2015 August;94:178-192
[13] Ma H, Si F, Kong Y, Zhu K, Yan W. A new theoretical method for predicating the part-load performance of natural draft dry cooling towers. Applied Thermal Engineering 2015 December;91:1106-1115
[14] Li X, Guan Z, Gurgenci H, Lu Y, He S. Simulation of the UQ Gatton natural draft dry cooling tower. Applied Thermal Engineering 2016 July25;105:pp 1013-1020
[15] Xia L, Gurgenci H, Liu D, Guan Z, Zhou L, Wang P. CFD analysis of pre-cooling water spray system in natural draft dry cooling towers. Applied Thermal Engineering 2016 July25;105:1051-1060
[16] Li Y, Long G, Gurgenci H, Guan Z, Wang X, S. Duniam. Measurements of crosswind influence on a natural draft dry cooling tower for a solar thermal power plant. Applied Thermal Engineerin 2017 November15;206:1169–1183
[17] Goodarzi M, Moradi S. A new natural draft dry cooling tower with improved thermal performance during windy condition. Applied Thermal Engineering 2018 May;139:341–351
[18] Ma H, Si F, Li X, Wang J. Effects of pressure loss coefficients of heat exchanger on thermal performance of the dry cooling tower. Energy Procedia 2017 October;136:169-175
[19] Seifi A R, Akbari O A, Alrashed A, Afshary F, Ahmadi GH, Seifi R et all. Effects of external wind breakers of Heller dry cooling system in power plants. Applied Thermal Engineering 2017 October;129:1124-1134
[20] Ma H, Si F, Kong Y, Zhu K, Yan W. Wind-break walls with optimized setting angles for natural draft dry cooling tower with vertical radiator. Applied Thermal Engineering 2017 February5;112:326-339
[21] Sun Y, Guan Z, Gurgenci H, Hooman K, Li X. Investigations on the influence of nozzle arrangement on the pre-cooling effect for the natural draft dry cooling tower. Applied Thermal Engineering 2018 February5;130:979-996
[22] Wei H, Wu T, Ge Z, Yang L, Du X. Entransy analysis optimization of cooling water flow distribution in a dry cooling tower of power plant under summer crosswinds. Energy 2019 January1;166:1229–1240
[23] Ma H, Si F, Zhu K, Wang J. Quantitative research of spray cooling effects on thermo-flow performance of the large-scale dry cooling tower with an integrated numerical model. International Journal of Heat and Mass Transfer 2019 October;141:799-817
[24] Wu T, Ge Z, Yang L, Du X, Flow deflectors to release the negative defect of natural wind on large scale dry cooling tower. International Journal of Heat and Mass Transfer 2019 February;128:248-269
[25] Ge W, FannJ, Liu C X, Li W G, Chen G, Zhao Y. Critical Impact Factors on the Cooling Performance Design of Natural Draft Dry Cooling Tower and Relevant Optimization Strategies. Applied Thermal Engineering 2019 May25;154:614–627
[26] Kheneslu A R, Jahangiri A, Ameri M. Interaction effects of natural draft dry cooling tower (NDDCT) performance and 4E (energy, exergy, economic and environmental) analysis of steam power plant under different climatic conditions. Sustainable Energy Technologies and Assessments 2020 February;37
صدیقی ع، بازرگان م. تأثیر آرایش دهانه خروجی دودکش‌ها و برج‌های خنک‌کننده‌ بر میدان جریان و توزیع دود. مجله مهندسی مکانیک مدرس 1392؛13(2):145-152 ]27[
اردکانی م، رنجبر م. بررسی میدانی الگوی جریان هوای ورودی به رادیاتورهای برج خنک‌کن خشک هلر. مجله مهندسی مکانیک مدرس 1392؛13(11):30-40 ]28[
صباغ یزدی س، قره‌جانلو س. پیشنهاد نصب حلقه‌ کج‌شونده در تاج برج‌خنک‌کن هلر برای کاهش انسداد خروج هوا از بالای آن در هنگام وزش باد. مجله مهندسی مکانیک مدرس 1393؛14(3):185-193
]29[
[30] Graebel W P. Advanced Fluid Mechanics. Elsevier 2007
[31] Shih T H, Liou W W, Shabbir A, Zhu J. A New k-ε Eddy Viscosity Model for High Reynolds Number Turbulent Flows. Computers & Fluids 1955 March;24(3):227-238.
[32] Main Cooling System Provisional Acceptance Test Procedure. Yazd Combined Cycle Power Plant 2007
[33] Brown R. Fluid Mechanics of the Atmosphere. Academic Press 1991