شبیه سازی عملکرد سیستم های ACSC در نیروگاه همراه با صحت سنجی مقاله

شبیه سازی عملکرد سیستم های ACSC در نیروگاه همراه با صحت سنجی مقاله


این پروژه به شبیه ­سازی سیستم کندانسور بخار هوا خنک ­کن (ACSC) در یک نیروگاه برق براساس داده های یک مقاله­ مرجع پرداخته و نتایج حاصل از کار عددی کنونی را با نتایج موجود در مقاله­ مرجع مقایسه و اعتبارسنجی کرده است. این شبیه سازی با استفاده از نرم افزار ansys fluent انجام گرفته است. برای این شبیه سازی از محیط متخلخل و همچنین شرط مرزی فن استفاده شده است.

نقد و بررسی : شبیه سازی عملکرد سیستم های ACSC در نیروگاه همراه با صحت سنجی مقاله

شرح مسأله

این پروژه به شبیه ­سازی سیستم کندانسور بخار هوا خنک ­کن (ACSC) در یک نیروگاه برق براساس مقاله­ [1] پرداخته است و نتایج حاصل از کار عددی کنونی با مقاله­ مرجع مقایسه و اعتبارسنجی شده است. هدف اصلی طراحی و به کارگیری این سیستم­ ها در نیروگاه­ ها جلوگیری از هدر رفتن انرژی می باشد؛ بدین ترتیب که این سیستم­ ها بخار داغ خروجی از توربین بخار را چگالیده می­ کنند و آب حاصل از فرایند تقطیر را به بخش پمپ مربوط به توربین بخار منتقل می­ کنند. نیروگاه مورد مطالعه در کار حاضر شامل 7 ردیف سیستم ACSC می­ باشد که در این شبیه­ سازی ردیف چهارم مورد مطالعه قرار گرفته است. هر یک از این ردیف سیستم ­های ACSC از هشت ردیف فن تشکیل شده و هر یک از این فن ­ها در زیر دو صفحه­ متخلخل مورب قرار گرفته اند. عملکرد این سیستم­ ها بدین صورت است که بخار داغ و کم فشار خروجی توربین، از درون هر یک از لوله­ ها عبور می ­کند و سپس به فضای درونی صفحات مورب تعبیه شده در دو طرف آن لوله منتقل می­ شود. بخش زیرین لوله و فضای داخلی مربوط به صفحات مورب، دارای ساختار متخلخل می­ باشد؛ زیرا استفاده از محیط متخلخل موجب افزایش سطوح تماس بین بخار داغ و سیال خنک­ کن می ­شود و درنتیجه، تبادل حرارت افزایش یافته و پدیده­ چگالش تقویت می ­شود. از طرفی دیگر، هوای دمیده شده به وسیله­ فن ­های تعبیه شده در زیر هر دو صفحه­ مورب، به عنوان سیال خنک ­کن عمل کرده و موجب چگالش بخار می ­شود. درواقع، فن هوای خنک موجود در فضای زیرین خود را می­ مکد و به سمت صفحات منتقل می­ کند و هوای خنک پس از تبادل حرارت گرم شده و به صورت هوای گرم از سیستم خارج می­ شود. ساختار مورب این صفحات موجب می­ گردد که آب حاصل از چگالش، بر اثر عامل گرانش زمین به پایین حرکت نماید و در نهایت از سیستم خارج گردد. در مقاله­ مرجع، دو حالت شامل بدون دیفیوز برای فن و با دیفیوزر برای فن مورد مطالعه قرار گرفته است. سیستم مذکور درون یک ناحیه­ محاسباتی با مقیاس بزرگتر قرار گرفته است؛ به طوری که سرعت در مقطع ورودی این ناحیه به عنوان سرعت جریان آزاد عمل می ­کند. سرعت ­های مختلف مورد بررسی در این دو حالت مذکور شامل 0, 3, 6, 9 متربرثانیه می­ باشد. کار عددی حاضر فقط حالت بدون دیفیوزر و با سرعت 6 متربرثانیه را جهت اعتبارسنجی شبیه­ سازی کرده است. در مدل حاضر، بخش زیرین لوله­ های حامل جریان بخار داغ و دو صفحه­ مورب متصل به هر لوله از مواد متخلخل تشکیل شده است. مقاومت لزجی در محیط متخلخل معادل معکوس میزان نفوذپذیری سیال درون محیط متخلخل می­ باشد. از آنجایی که طبق هندسه­ تعریف شده، جهت جریان هوای دمیده شده از فن­ ها در راستای عمود (محور y) می­ باشد، فرض مسأله براین است که مقدار مقاومت لزجی در این راستا برابر صفر می ­باشد؛ به عبارت دیگر، نفوذ هوا در محیط متخلخل در این راستا بی­نهایت است. درحالی که مقاومت لزجی در راستای دو محور دیگر برابر4465730 واحدبرمترمربع در نظر گرفته شده است. مقاومت اینرسی کل معادل 139.6 واحدبرمتر می ­باشد که در راستای عمود بر صفحات متخلخل اعمال می­ گردد؛ بنابراین، با توجه به زاویه­ جانمائی صفحات متخلخل، مقاومت اینرسی در راستای محور x معادل 120.9 (139.6*cos30) و در راستای محور y معادل 69.8 (139.6*cos60) می­ باشد. همچنین، از آنجایی که فرض شده است جریان در دو راستای x و z محدودیت بسیار بیشتری نسبت به محور y دارد، مقدار مقاومت اینرسی در این دو راستا 1000 برابر حالت نرمال خودشان فرض شده است. همچنین از آنجایی که هدف از مسأله، فرایند تقطیر می­ باشد؛ بنابراین، باید دمای ثابت اشباع برای بخار تعریف شود؛ زیرا فرایند چگالش در دمای اشباع در فشار ثابت صورت می ­گیرد. این مقدار 319.75 کلوین در نظر گرفته شده است. همچنین برای هر یک از هشت فن تعبیه شده، شرط مرزی فن لحاظ شده است. در شرط مرزی فن، باید از pressure jump استفاده کرد؛ زیرا در دو طرف فن در راستای تعیین شده، اختلاف فشار ایجاد خواهد شد. از آنجایی که فن در راستای عمودی در حال دمیدن می­ باشد، محور y به عنوان مسیر پرش فشاری در نظر گرفته شده است. مقدار پرش فشاری براساس یک تابع چندجمله ای بر حسب سرعت محوری عبوری از سطح فن­ ها به دست می­ آید؛ از این­ر و، از polynomial استفاده شده است. هدف اصلی کار حاضر، بررسی اثرگذاری سرعت جریان هوای آزاد بر روی عملکرد فن­ های سیستم مذکور از نظر دبی حجمی انتقالی از جریان هوای خنک کننده می ­باشد. برای بررسی میزان دبی حجمی فن ­ها، یک پارامتر بی­ بعد معادل نسبت دبی حجمی انتقالی از فن­ ها حاصل از حل عددی به دبی حجمی انتقالی از فن­ ها در حالت ایده ­آل تعریف شده است. مقدار دبی حجمی انتقالی در حالت ایده­آل برابر 428 مترمکعب بر ثانیه بوده و پارامتر بی­بعد تعریفی معادل volumetric effectiveness می باشد.

 

 

گام 1) ترسیم هندسه و شبکه ­بندی

مدل حاضر به صورت سه بعدی و با استفاده از نرم­افزارهای solidworks و design modeler طراحی شده است. بخشی از هندسه به عنوان محیط سیستم با ابعاد 500 متر * 160 متر * 300 متر در نظر گرفته شده است که هوا در این ناحیه جریان دارد؛ بدین ترتیب که یک مقطع به عنوان ورودی، یک مقطع به عنوان خروجی، کف به عنوان سطح زمین و سایر سطوح به عنوان سطوح متقارن تعریف شده ­اند. در فضای داخلی این محیط، یک سیستم خنک کاری شامل هشت ردیف لوله­ حامل بخار داغ، صفحات متخلخل مورب در دو طرف هر لوله و تعداد هشت فن روی یک پلتفرم می­ باشد.

 

 

شبکه ­بندی مدل حاضر، با استفاده از ansys meshing انجام گرفته است. شبکه ­بندی مدل از نوع هیبرید بوده و تعداد سلول­ های تولیدی برابر 2668772 می­ باشد.

 

 

گام 2) مراحل شبیه ­سازی

برای شبیه ­سازی مدل حاضر، چند فرض در نظر گرفته شده است که عبارتند از:

  • شبیه ­سازی مبتنی بر فشار (pressure-based) صورت گرفته است.
  • شبیه­ سازی در هر دو حالت سیالاتی و انتقال حرارتی انجام گرفته است.
  • مدل حاضر از نظر زمانی پایا (steady) می­باشد؛ یعین ترم زمان در حل مسأله لحاظ نشده است.
  • اثر گرانش زمین (gravity) بر روی سیال برابر 9.81- متربرمجذورثانیه و در راستای محور y در نظر گرفته شده است.

 

خلاصه ­ای از مراحل تعریف مسأله و تعریف حل آن در جدول زیر آمده است :

 

 

گام سوم) نتایج نهایی

پس از پایان فرایند حل، نمودار تغییرات volumetric effetiveness بر حسب شماره­ فن موجود در سیستم به دست آمده و با نتایج کار مقاله­ مرجع اعتبارسنجی شده است. نمودار مورد بررسی مقاله مربوط به شکل 5-c مقاله می­ باشد.

 

 

همچنین در پایان کار، نتایج حاصل در قالب کانتورهای سه بعدی دما و فشار و همچنین بردارهای سه بعدی سرعت به دست آمده اند.

 

 

Reference

Effects of diffuser orifice plate on the performance of air-cooled steam condenser, Xuelei Zhang, Tingting Wu, Applied Thermal Engineering 98 (2016) 179–188

 

نقد وبررسی

نقد بررسی یافت نشد...

اولین نفر باشید که نقد و بررسی ارسال میکنید... “شبیه سازی عملکرد سیستم های ACSC در نیروگاه همراه با صحت سنجی مقاله”

پیگیری سفارش
لیست مقایسه
شگفت انگیز ها
logo-samandehi