کولرهای هوا مبدل های حرارتی متشکل از یک یا چند دسته از لوله های پره دار هستند که برای انتقال گرما از یک جریان گرم به هوای اتمسفر استفاده می شوند و معمولاً از فن ها برای تقویت جریان هوا استفاده می کنند. با توجه به نگرانی های زیست محیطی مانند مشکلات احتمالی کمبود آب و مناطقی که آب موجود نیاز به تصفیه های گران قیمت دارد، کولرهای هوایی می توانند گزینه مهمی در رابطه با کولرهای آبی معمولی باشند.
gartenmöbel design
bettwäsche tom und jerry
planeta sport muske patike novi pazar
giorgio armani sport
adidas beckenbauer trening
bomber jakke burgunder
гуми 18 цола
esprit round sunglasses
liemenes mergaitems
windows wont connect to iphone usb
کولر هوا یکی از انواع مبدلهای حرارتی آموزشگاه فنی هستند که اغلب در صنایع فرآیند، نیرو، فولاد و چندین صنعت دیگر استفاده می‌شوند که در آن یک سیستم فرآیندی گرمایی تولید می‌کند که باید حذف شود، که استفاده محلی برای آن وجود ندارد. عملکرد اصلی مبدل حرارتی خنک کننده هوا خنک کردن مستقیم محیط های مختلف فرآیند توسط هوای اتمسفر است. این مبدلهای حرارتی به نام‌های خنک‌کننده‌های فن‌دار هوا یا خنک‌کننده‌های باله‌ای هوا یا خنک‌کننده‌های هوا یا مبدلهای حرارتی Fin-tube نیز شناخته می‌شوند.
مزایای کولر های هوا
مزیت اصلی مبدل های حرارتی خنک کننده با هوا (ACHE) هزینه های نگهداری و عملیات بسیار پایین آنهاست.
در مقایسه با برج های خنک کننده و مبدل های حرارتی پوسته و لوله، کولرهای هوا یک راه حل “سبز” هستند. به دلیل آب از دست رفته در اثر رانش و تبخیر، به منبع آب کمکی نیاز ندارند. جایی که هیچ ابزاری مانند آب به عنوان وسیله خنک کننده در دسترس نباشد.
آنها معمولاً زمانی استفاده می شوند که دمای خروجی بیش از 20 درجه باشد. F بالاتر از حداکثر دمای هوای محیط مورد انتظار. آنها را می توان با دمای نزدیکتر استفاده کرد، اما اغلب در مقایسه با ترکیبی از برج خنک کننده و مبدل خنک کننده با آب گران می شوند. شکل 1 نشان می دهد
پارامترهای کلیدی طراحی کولر هوا
طراحی و ساخت مبدل حرارتی هوا خنک نسبتا ساده تر از آموزش تهویه مطبوع است. به طور معمول مبدل های هوا خنک از یک بسته لوله پره دار با سربرگ های جعبه مستطیلی در دو سر لوله ها تشکیل شده اند. هوای خنک کننده توسط یک یا چند فن تامین می شود. معمولاً هوا از طریق یک بسته لوله افقی به سمت بالا می وزد. بسته به اینکه هوا از داخل بسته لوله فشار داده شود یا کشیده شود، فن ها می توانند اجباری یا القا شوند.
فضای بین فن ها و دسته لوله توسط یک محفظه پلنوم محصور شده است که هوا را هدایت می کند. کل مجموعه معمولاً روی پایه ها یا قفسه لوله نصب می شود.
اجزای کولر هوا برا طراحی
- فن یا دمنده ای که هوا را به حرکت در می آورد.
- درایور مکانیکی و انتقال قدرت برای راه اندازی فن یا دمنده.
- یک پلنوم
- یک سازه پشتیبان
- پلت فرم های نگهداری هدر و فن
- لوورها و مجاری چرخش اختیاری
- هاب فن با گام متغیر اختیاری یا درایو فرکانس متغیر برای کنترل دما و صرفه جویی در مصرف برق.
یک یا چند باندل لوله که توسط دو یا چند فن از جمله ساختار، پلنوم و سایر تجهیزات همراه سرویس می‌شوند، در یک مبدل حرارتی با هوا خنک می‌گویند.
ویژگی لوله های استفاده برای کولر هوا:
- اکسترود شده
- به صورت خارجی پیوند خورده باشد
- بیضوی
- چگالی باله (FPI) – 7 تا 16
- ارتفاع باله – 3/8 اینچ تا 5/8 اینچ
- ضخامت باله – 0.012 تا 0.02 اینچ
مواد باله:
مواد معمولی مورد استفاده برای ساخت و ساز باله مبدل حرارتی با هوا خنک می باشد
- آلومینیوم
- فولاد کربن
- لوله‌های پره‌دار فولاد کربنی را می‌توان برای جلوگیری از خوردگی و ایجاد پیوند فلزی بین باله و لوله لخت، گالوانیزه گرم کرد.
- فلز مس
طراحی جهت گیری لوله ها:
سه نوع جهت گیری باندل لوله ACHE امکان پذیر است. جهت افقی، عمودی و شیب دار.
جهت گیری افقی رایج ترین نوع است و به طور گسترده در صنایع فرآیندی استفاده می شود.
جهت دهی دسته های لوله در جهت عمودی می تواند منطقه قابل توجهی را ذخیره کند، اما عملکرد خنک کننده هوا تا حد زیادی به سرعت و جهت باد غالب بستگی دارد. بنابراین اگر باد غالب در جهت مخالف باشد، عملکرد مبدل حرارتی خنک شده با هوا را تا حد زیادی کاهش می دهد.
واحدهای کولر هوا خنک با فریم A یا قاب V، مصالحه ای بین نیاز سطح زمین و عملکرد مبدل هستند. در این نوع طراحی، دو دسته با شیب 45-60 درجه و با سربرگ های خود در بالا یا پایین به هم متصل می شوند. بنابراین شکل A یا V را به خود می گیرد. در کاربردهای چگالش بخار، از نوع A-frame با فن های بادکش اجباری استفاده می شود.
طراحی هدرهای کولر هوا
هدر کولرهای هوا جعبه هایی در انتهای لوله ها هستند که سیال را از لوله ها به لوله ها توزیع می کنند. طراحی هدر صفحه پوششی باید امکان برداشتن پوشش را بدون ایجاد اختلال در اتصالات لوله های سربرگ فراهم کند.
طراحی سربرگ کاپوت باید امکان برداشتن کاپوت را با حداقل از بین بردن اتصالات لوله‌کشی هدر فراهم کند. سوراخ های رزوه ای باید در مقابل انتهای هر لوله برای دسترسی ایجاد شود. سوراخ ها باید به عمق کامل ورق پلاگین یا 50 میلی متر (2 اینچ) رزوه شوند، هر کدام کمتر باشد.
انواع هدر متداول مورد استفاده در طراحی کولر های هوا به شرح زیر است:
- هدر جعبه پلاگین: به طور گسترده استفاده می شود
- هدر پیچ و مهره ای
- هدر کلاه
- هدر منیفولد
- هدر لوله: هدر استوانه ای برای خدمات فشار بسیار بالا (بیش از 200 بار)
کولرهای هوا عمدتاً با هوا خنک می‌شوند و از ساختار کشش اجباری هستند. تولید و نگهداری واحدهای اجباری آسان تر است. بسته نرم افزاری لوله در بالای پلنوم نصب شده است، بنابراین می توان آن را به راحتی جدا کرد و جایگزین کرد. شفت فن کوتاه است زیرا لازم نیست مانند یک طرح پیش ران القایی از واحد محرک از طریق دسته لوله و پلنوم به فن کشیده شود. واحدهای کشش اجباری به توان کمتری نیاز دارند.
از آنجایی که فن حجم هوای کمتری در ورودی نسبت به خروجی دارد. اگر سیال فرآیند بسیار داغ است، هوای خنک کننده در خروجی داغ است، این می تواند باعث ایجاد مشکلاتی در برخی از فن ها یا محرک های فن شود. اگر فن در معرض هوای خروجی بسیار داغ باشد، زیرا خنک کننده های اجباری فن ها در معرض هوای داغ خروجی نیستند.
علاوه بر موارد فوق، تفاوت های عمده بین مبدل حرارتی هوای خنک القایی و جریان اجباری با توجه به برخی پارامترهای طراحی در زیر ذکر شده است.
انواع کنترلر طراحی کولر های هوا
همانطور که انتظار می رود بهترین نوع طرح کنترل به برنامه کاربردی بستگی دارد. آیا فرآیند نیاز به کنترل بسیار دقیق دمای خروجی فرآیند دارد یا بهتر است اجازه دهیم دمای فرآیند با دمای هوای محیط پایین بیاید؟ در زیر لیستی از برخی از دستگاه های کنترلی که معمولاً برای کولرهای هوا استفاده می شود، اما بدون ترتیب خاصی آورده شده است.
- لوورهایی که به صورت دستی کار می کنند
- فن های گام متغیر اتوماتیک با پنوماتیک فعال.
- درایو فن فرکانس متغیر (VFD).
VFD در صورت استفاده باید با رتبه پلاک موتور مطابقت داشته باشد و به طور مشابه برای گیربکس قرقره تسمه، باید با رتبه پلاک موتور مطابقت داشته باشد.
طراحی کولر هوا برای مناطق سرد:
برای مناطق بسیار سرد مانند کانادا، سیبری و غیره از مبدل حرارتی خنک شده با هوا با سیستم چرخش داخلی استفاده می شود. چنین سیستم هایی می توانند دمای هوای خنک کننده را بدون توجه به دمای محیط کنترل کنند.
برای چنین سیستم هایی از فن های متغیر خودکار مرحله مثبت یا منفی استفاده می شود. با استفاده از یک فن با گام ثابت که به سمت بالا می‌وزد و یک فن گام متغیر خودکار که قابلیت گام منفی و در نتیجه دمیدن هوا به سمت پایین را دارد، می‌توان هوا را تا سردترین قسمت لوله‌ها خنک کرد و در نتیجه از یخ زدگی جلوگیری کرد. به طور معمول، واحدهای بادکش اجباری دارای یک فن گام منفی در انتهای خروجی هستند، در حالی که واحدهای بادکش القایی دارای یک فن گام مثبت در انتهای خروجی هستند.
کدها و استانداردهای طراحی کولر های هوا:
کدها و استانداردهای زیر بر طراحی خنک کننده های فن باله هوا حاکم است.
- API 661 / ISO 13076 (مبدلهای حرارتی هوا خنک برای خدمات عمومی پالایشگاه)
- ASME SECT.VIII Div.1 یا Div.2
- Shell DEP 31.21.70.31
الزامات ویژه SHELL DEP برای طراحی کولر های هوا:
- هدر نوع کلاه قابل جابجایی نباید استفاده شود.
- هدرهای پلاگ باید برای تمام کولرهای هوا در سرویس گاز هیدروکربنی یا مایع استفاده شود.
- هدرهای نوع صفحه پوشش قابل جابجایی باید در خدمات کمکی مانند روغن داغ روغن روان کننده و مدار خنک کننده استفاده شوند.
- اتصالات پیچ شده (ساخت گل میخ یا ساخت فلنجی) باید با واشرهای محدود طراحی شوند
- لوله ها باید دارای پره های آلومینیومی باشند. پره های تمام لوله های خنک کننده هوا باید از نوع اکسترود شده با 394 پره در هر متر باشد.
طراحی چیدمان کولر هوا
از مزایای سیستم های خنک کننده هوا می توان به زمان کار نامحدود، جلوگیری از اتلاف هیت سینک و استقرار آسان نیروگاه در مناطق خشک اشاره کرد. به طور خاص، سیستم های خنک کننده هوا در راکتورهای کوچک مدولار (SMR) مورد نیاز است که برای ارائه منبع برق توزیع شده به منظور رقابت با نیروگاه های حرارتی معمولی توسعه یافته اند. طرح‌های مختلفی از نیروگاه‌های حرارتی در منطقه داخلی ساخته می‌شوند و دارای کولر های هوا برای دفع گرمای فرآیندی هستند. به طور کلی، کولر های هوا به گونه ای طراحی شده اند که در بسیاری از انواع نیروگاه های هسته ای، سیستم های حذف گرمای واپاشی منفعل باشند. به دلیل رسانایی و چگالی کم هوا، سیستم های کولر هوا با اندازه بزرگ باید طراحی شوند. به طور خاص، سیستم‌های حذف گرمای اضافی فرآیندی به سطح وسیعی برای تبادل گرما نیاز دارند، جایی که اختلاف دمای بین هیت سینک و کندانسور به‌منظور دستیابی به راندمان چرخه بالا طراحی شده است. سیستم های کولر هوای معمولی از ساختار باله ای برای بدست آوردن سطح وسیع استفاده می کنند. با این حال، چنین ساختاری نیاز به حجم و وزن دارد، علاوه بر این، مقاومت حرارتی بالای سیستم‌ها به دلیل مقاومت رسانایی پره‌ها رخ می‌دهد و منجر به عملکرد پایین انتقال حرارت می‌شود.
استفاده از مبدل حرارتی تماس مستقیم، که نیازی به دیوار فیزیکی بین سیالات سرد و گرم ندارد، یکی از گزینه‌های جایگزینی ساختار پره در سیستم‌های کولر هوایی است . علاوه بر این، مبدل حرارتی تماس مستقیم در مقایسه با ساختار باله، ساختار ساده‌تری دارد و عملکرد انتقال حرارت بالاتری دارد. با این حال، یکی از مشکلات قابل توجه مبدل حرارتی تبخیر مایع است. بنابراین مایعات با فشار بخار کم مانند روغن های معدنی و روغن های سیلیکونی توصیه می شود.
در حال حاضر، توسعه فناوری انتقال حرارت با تماس مستقیم فشرده تر، تمرکز اصلی صنعت هسته ای است. چندین طرح مفهومی از سیستم های حذف گرمای اضافی کولر هوا مجهز به مبدل حرارتی تماس مستقیم معرفی شده است.
مطالعه در مورد عملکرد انتقال حرارت به ازای واحد افت فشار هوا در انواع مختلف مبدل های حرارتی تماس مستقیم نشان داده است که مبدل حرارتی تماس مستقیم با استفاده از رشته های عمودی عملکرد موثری دراد. هوا در مبدل حرارتی تماس مستقیم نوع رشته ای عمودی دارای عملکرد انتقال حرارت در واحد افت فشار بیشتری از هوا در مبدل های حرارتی تماس مستقیم نوع رشته ای افقی و قطره ای است
ناپایداری چیدمان های مختلف
اولین مورد ناپایداری فیلم در امتداد رشته عمودی است که Rayleigh-Plateau نامیده می شود که در آن قطرات از فیلم در حال سقوط به دلیل کشش سطحی تشکیل می شوند. هنگامی که فیلم سقوطی مبدل حرارتی تماس مستقیم نوع رشته ای عمودی به دلیل مکانیسم ناپایداری Rayleigh-Plateau به قطرات تبدیل می شود، مبدل حرارتی عملکرد انتقال حرارت در واحد افت فشار 5/0 تا 7/0 برابر مبدل حرارتی با تشکیل فیلم مستقیم دارد.
ناپایداری دوم با سقوط فیلم که به دلیل اینرسی یک سطح موجدار کوچک را تشکیل می دهد مشخص می شود و به عنوان ناپایداری Kapitza شناخته می شود. با این حال، موج کوچک فیلم مایع توسط ناپایداری کاپیتزا، عملکرد انتقال حرارت مشابهی را با یک فیلم مستقیم در واحد افت فشار در هوا ایجاد می‌کند.
بنابراین، تمرکز اولیه باید بر روی جلوگیری از ناپایداری Rayleigh-Plateau به منظور طراحی یک مبدل حرارتی تماس مستقیم موثر باشد.
مراحل طراحی یک نمونه کولر هوا
فرض کنید محل احداث کولر هوا به اندازه 20 متر در 7 متر در یک کارخانه در دسترس ما است. ما می‌خواهیم یک کولر هوا طراحی کنیم که با ای محل متناسب باشد و ظرفیت 9500 کیلووات (حداقل) داشته باشد.
برای دستیابی به طراحی مورد نیاز، ابتدا باید با استفاده از برخی فرضیات، یک تحلیل حرارتی انجام دهیم تا بتوانیم برآوردی از ابعاد کولر هوای مورد نیاز را بدست آوریم.
فرضیات/داده های هندسه کولر هوا:
- پیکربندی فن: نوع باله اجباری باله L
- لوله OD: 25.4 میلی متر
- جنس باله: آلومینیوم
- گام لوله: 70 میلی متر
- قطر نوک باله: 45 میلی متر
- زاویه چیدمان لوله: 30 درجه
- فرکانس باله: 395
- میانگین ضخامت باله: 0.2 میلی متر
- جنس باله: فولاد کربنی
- دمای ورودی (در هوا): 20 درجه سانتیگراد
- سرعت جریان جرمی (کنار لوله): 20 کیلوگرم بر ثانیه مقاومت در برابر رسوب (کنار لوله): 0.0003 m2-K/W
- فشار ورودی (ساید لوله): 12 بار دمای ورودی (سایت لوله): 130 درجه سانتیگراد
- دمای خروجی (کنار لوله): 40 درجه سانتیگراد
گزینه های مختلفی را برای کاربرد لوله بیرونی در انواع مختلف طراحی ارائه می شود. در یک نگاه کلی جریان لوله بیرونی می تواند یکی از سه گزینه زیر باشد:
1) هوای خشک
2) هوای مرطوب
3) گاز
ما از “هوای خشک” به عنوان جریان لوله بیرونی استفاده می کنیم.
سپس، باید اطلاعات فرآیند لوله کناری را مشخص کنیم. توان سرمایشی طبق طراحی مورد نیاز در تعریف مسئله، 9500 کیلووات تعیین شده است.
سایر داده‌های طراحی مانند دمای هوای ورودی، افت فشار مجاز (در صورتی که توسط برگه اطلاعات فرآیند ارائه شده باشد)، و ترکیب جریان فرآیند نیز باید وارد شوند
با نگاهی به خواص جریان کنار لوله محاسبه شده سیال دو فازی در لوله ها داریم. اکنون هندسه واحد تعریف می کنیم. ما جهت گیری جریان مخالف را برای کارایی بهتر انتخاب می کنیم
پس از درج تمام اطلاعات و فرض های باقیمانده در مورد ابعاد لوله، مواد، مواد باله، نوع و اندازه، اطلاعات بسته، زاویه چیدمان لوله و پشتیبانی لوله، می توانیم پارامترهای بهینه سازی را تعریف کنیم.
در ادامه محدودیت های استفاده شده برای بهینه سازی متغیرهای طراحی و رسیدن به عملکرد حرارتی مورد نیاز را مشخص می کنیم. این محدودیت ها عبارتند از: محدودیت های هندسه، محدودیت های فرآیند و گزینه های بهینه سازی
استفاده از تجربیات قبلی بر اساس دوره ابزار دقیق برای قرار دادن حدود واقعی در این مرحله بسیار مهم است. استفاده از محدودیت های غیرواقعی باعث ایجاد واگرایی در محاسبات حرارتی می شود و مراحل آزمون و خطای مورد نیاز را که از طراحی اولیه پیروی می کند بسیار زمان بر و مستعد خطا می کند.
پس از محاسبات ابعاد کلی کولر هوا 16.6×8.3 متر است. بنابراین، طول قابل قبول است، اما عرض فراتر از آن چیزی است که در محل کارخانه در دسترس ما است. همچنین حرارت مبادله شده 8180.4 کیلووات است که کمتر از 9500 کیلووات مورد نیاز است. بنابراین، ما باید برای دستیابی به الزامات طراحی، بهینه سازی هایی را در طراحی انجام دهیم.
برای افزایش ظرفیت حرارتی این کولر هوا می توانیم ردیف های لوله و همچنین فرکانس پره لوله را افزایش دهیم. ما همچنین می توانیم طول لوله را افزایش دهیم (زیرا طول 16.6 متر فعلی کولر هوا کمتر از طول 20 متری موجود در کارخانه است). همچنین باید عرض را کاهش دهیم (عرض کولر فعلی ما 8.3 متر است که بیشتر از عرض 7 متری موجود در کارخانه است). ما می توانیم گام لوله را کاهش دهیم تا تعداد لوله ها را بدون افزایش قابل توجهی ابعاد کولر هوا افزایش دهیم.
با اجرای تغییرات بالا و اجرای مجدد شبیه سازی گرمای جدید مبادله شده در کولر 9528.8 کیلووات و ابعاد کولر جدید 17.7×5.55 متر است که کاملاً در ضوابط طراحی مورد نیاز می باشد.
همانطور که نشان داده شد ، تنها با استفاده از حداقل اطلاعات فرآیند، می‌توانیم آنالیز حرارتی و طراحی کولر هوا را با در نظر گرفتن محدودیت‌های اندازه و حفظ عملکرد حرارتی مورد نیاز برای انجام وظایف فرآیندی کولر هوا انجام دهیم.
طراحی به ما کمک می کند تا ابعاد کلی نهایی خنک کننده هوا و همچنین تعداد محفظه ها، بسته ها و فن ها را بررسی کنیم و از مناسب بودن طرح بر اساس فضای موجود اطمینان حاصل کنیم.
همچنین نمودارهای دمای سیال کنار لوله و دمای سطح فلز بسیار مفید هستند تا اطمینان حاصل شود که تفاوت دمای موثر مورد نیاز برای کارایی فرآیند برآورده شده است و دمای طراحی مکانیکی لوله‌ها بالاتر از حداکثر دمای سطح فلز است
تعمیر و نگهداری و بازرسی کولر های هوا
- عملکرد و قابلیت اطمینان ACHE به بازرسی و نگهداری صحیح قطعات بستگی دارد. نگهداری و بازرسی منظم سیستم های کولر هوا شامل
- روغن کاری یاتاقان های موتور و فن (در صورت کار مداوم کولرها ماهی یکبار)
- بررسی ساییدگی تسمه ها و اطمینان از کشش آنها.
- فن ها، تیغه ها، پیچ و مهره ها و غیره را در فواصل زمانی منظم بررسی کنید.
- حفظ سطح مناسب روغن در گیربکس.
- بررسی وضعیت بسته های لوله.
منابع:
https://www.pveng.com/home/cfd-thermal-analysis/thermal-design-of-an-air-cooler/
https://whatispiping.com/air-cooled-heat-exchangers/
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359431119308300
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1738573319302517
