محاسبات برج خنک کننده به مجموعه روابط ریاضی حاکم بر عملکرد ترمودینامیکی برج خنک کن گفته میشود. تدوین تئوری برج خنک کن از سال 1900 میلادی آغاز شد و افراد بسیاری از جمله فیتز جرالد، موسکراپ، رابینسون و … سعی در گسترش این معادله دو گانه انتقال گرما و جرم داشتند.
اولین تئوری جامع را مرکل برای تبخیر جرم کوچکی از آب و انتقال حرارت بین آب و هوا در برج خنک کننده جریان مخالف به دست آورد. مرکل بیان کرد که انتقال حرارت کل به طور مستقیم با تفاوت آنتالپی هوای اشباع در دمای آب و آنتالپی هوا در نقطه تماس با آب، رابطه دارد. در محاسبه گر برج خنک کننده کارا فناور اطلس پارسی زیر می‌توانید مقدار ظرفیت برج خنک کننده را به کیلو وات به دست آورید.
شرح محاسبات برج خنک کننده
در معادله تئوری مرکل (Q=K*S*(hw-ha، هر کدام از پارامترهای موجود در معادله به صورت زیر هستند.
- Q= کل انتقال حرارت
- K= ضریب انتقال آنتالپی کلی
- S= سطح انتقال حرارت
- hw= آنتالپی مخلوط هوا و بخار آب در دمای توده آب هوای خشک
- ha= آنتالپی مخلوط هوا و بخار آب در دمای مرطوب محیط هوای خشک
اصطلاحات علمی در محاسبات برج خنک کننده
جهت درک مطلب و محاسبات برج خنک کن در ابتدا باید به توضیح برخی اصطلاحات علمی بپردازیم.
- درجه رطوبت (محتوی رطوبت یا نسبت مخلوط): نسبت مقدار جرم بخار هوا به جرم هوای خشک میباشد.
- رطوبت مخصوص: نسبت جرم بخار آب به جرم کل هوای مرطوب میباشد.
- رطوبت مطلق (چگالی بخار آب): نسبت جرم بخار آب به حجم کل هوای مرطوب میباشد.
- درجه رطوبت اشباع: رطوبت نسبی هوای مرطوب اشباع شده با توجه به آب در همان دما و فشار است.
- رطوبت نسبی: نسبت جزء مولی بخار آب در یک هوای مرطوب به جزء مولی آن در هوای اشباع در همان دما و همان فشار میباشد.
- آنتالپی هوای مخلوط: برابر مجموع آنتالپی های اجزاء هوای خشک و آنتالپی بخار آب اشباع در دمای مخلوط میباشد.
معادله تعادل انرژی و ماده
برج خنک کننده وسیله‌ای است که برای خنک کردن آب گرم، آن را با هوا تماس میدهد و آن را دوباره برای فرآیند مجدد باز استفاده می‌نماید. در محاسبات برج خنک کن و اصول انتقال حرارت تماس مستقیم، در سرمایش آب و رطوبت‌دار شدن هوا، مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین، این اصول برای سرمایش و گرمایش مایع و گاز غیر قابل حل استفاده میشود. بعد از نوشتن روابط و اعمال شرایط حاکم به طور کلی به رابطه زیر می‌رسیم.
در این فرمول، Ntu برابر تعداد واحدهای انتقال است. در محاسبات کولینگ تاور، این مقدار در واقع نشانگر اندازه وظیفه جذب یا دفع مورد نیاز میباشد. انتگرال از (“dy/(y-y بروی تمام سطح برج گرفته شده که این تعداد دفعات که پتانسیل میانگین می‌تواند به تغییر تمرکز کلی مطلوب تقسیم شود را به ما میدهد.
توجه داشته باشید که در محاسبات برج خنک کننده Ntu*Gm، تعداد کل مول های ماده نفوذ یافته است. برای رسیدن به نفوذ مطلوب، یک واحد انتقال مجرد می‌تواند ارتفاع‌های مختلفی را برای برج‌های مختلف طلب کند که به ساختمان برج و مقدار سطح تماس در هر حجم فوت مکعب بستگی دارد. ارتفاع یک واحد انتقال مجرد به شکل زیر تعریف شده است.
که در این فرمول، Z ارتفاع کلی برج است. از این معادلات برای تحلیل محاسبات برج خنک کننده استفاده می‌کنیم.
عدد لوئیس بیان می‌کند که ضریب انتقال حرارت به ضریب انتقال جرم است، هنگامی که گرمای مخصوص محیط، در خدمت هر دو انتقال حرارت و انتقال جرم است.
نشان دادیم که تعداد واحدهای انتقال نماینگر روشی برای تخمین بزرگی تلاش برای رسیدن به مقدار مشخصی از انتقال جرم به روش نفوذ میباشد و اگر ارتفاع یک واحد انتقال تک (Htu) مشخص باشد، ما می‌توانیم مقدار کل ارتفاع برج بر واحد سطح مقطع را با استفاده از ضرب زیر بدست آوریم.
با استدلال مشابه رابطه اصلی در برج خنک کننده را به شکل زیر مرتب نماییم:
تعداد واحدهای انتقال برج خنک کننده برای تمایز از رابطه کلی تعریف شده قبلی با پریم نمایش داده شده است. توجه کنید که در بعضی از متن‌ها، آن را تعداد واحدهای نفوذ (Ndu) نیز می‌نامند و برای Htu، به وسیله ارتفاع یک واحد انتقال (Hdu) تمایز قائل می‌شوند. در کولینگ تاور تعاریف Ntu و ‘Ntu مشابه هم هستند.
“جهت مطالعه بیشتر در مورد محاسبات برج خنک کن، به مقالات “طراحی برج خنک کننده” و “عیب یابی برج خنک کننده” شرکت بادران تهویه صنعت مراجه فرمایید.”
