مكانيزم انتقال حرارت در برجهاي خنك كننده

انتقال حرارت بين هوا و آب به دو صورت زيرصورت مي‌گيرد :

1.       انتقال حرارت محسوس

2.       انتقال حرارت غير محسوس

 انتقال حرارت محسوس در اثر اختلاف دماي هوا و آب بوجود مي‌آيد. همانند انتقال حرارت در مبدل حرارتی که از طریق انتقال حرارت هدایتی و جابجایی انجام می شود.

 انتقال حرارت غير محسوس در اثر اختلاف رطوبت نسبي هواي محيط و هواي اشباع  در دماي سطح قطرات آب بوجود مي‌آيد. اين اختلاف رطوبت باعث مي شود كه مقداري از آب تبخير شده و به لايه نازك هواي اشباع مجاور قطره كه داراي رطوبت نسبي صددرصد است وارد شود.

اختلاف دماي هواي عبوري ازكنار اين لايه نازك هواي اشباع كه داراي دماي حباب مرطوب مي‌باشد باعث مي شود كه انتقال حرارت از فيلم نازك به هواي گذرنده از كنار قطره صورت بگيرد در نيتجه عمل تبخير آب كاهش مي‌يابد. لذا در برج هاي خنك كن مرطوب نياز به سطوحي داريم كه بتواند لايه نازك هواي اشباع اطراف قطرات آب را فراهم كند از طرف ديگر مسير جريان پيدا كردن آب و هوا هركدام و يا نسبت به يكديگر در برجهاي مختلف با هم تفاوت دارند.

عمل خنک شدن در اثر از دست دادن گرماي نهان تبخير انجام مي گيرد در حالي که مقدار کمي آب بخار مي شود و سبب خنک شدن آب مي گردد. بايد توجه داشت که آب مقدار اندکي از گرماي خود را از طريق تشعشع( Radiation ) و در حدود 4/1 آن را از راه هدايت (Conduction) و جابجای (Convection) و باقی را از طریق تبخیر از دست می دهد.
اختلاف فشار بخار آب بين سطح قطرات آب و هوا باعث تبخير مي شود. اين اختلاف بستگي به دماي آب و ميزان اشباع بودن هوا از آب دارد.

در اثر تبخیر مقدار زيادي گرما از آب سرازير شده در برج خنک کننده ( بستگي به مقدار آبي که تبخير شده است) به هوا منتقل مي گردد(Evaporating loss). ضمناً مقداري از قطرات آب بوسيله هوا به خارج از برج پراکنده مي شود(Drift). براي جلوگيري از خروج قطرات آب يک شبکه در بالای فن ها یا تنوره برج قرار می دهند.

مقدار انتقال حرارت غير محسوس و تبخير بستگي دارد به سطح بر خورد آب با هوا و همچنين شدت جريان هوا دارد. براي اينکه حداکثر بهره برداري که در طراحی در نظر گرفته شده است، رعايت شود در برجهاي خنک کننده، با استفاده از پرکن ها از نوع splash packing آب به صورت قطره هاي در سطوح برج پخش مي شود تا سطح وسيعي بوجود آيد البته براي اين منظور مي توان از پرکن های نوع film packing نيز استفاده کرد.

براي بالا بردن ظرفيت انتقال حرارتي در برج خنک کننده علاوه بر  packing، استفاده از فن های مخصوص و بزرگ راه حل ديگري مي باشد. اين فن ها مقدار جريان هواي خنک کننده در داخل برج را زياد مي نمايد.

تعریف برج خنک کننده

وقتی مایع گرمی با گازاشباع نشده ای تماس می یابد، قسمتی از مایع تبخیر می شود و دمای مایع افت می کند. مهمترین کاربرد این اصل در سیستم های خنک کن است که بر مبنای آن دمای آب مصرفی در چگالنده ها و مبدل های گرمایی کاهش می یابد. برج خنک کن دستگاهي است که با ايجاد سطح وسيع در تماس آب با هوا، عمل تبخير را آسان نموده و در نتيجه باعث خنک شدن سريع آب مي گردد. انواع برج هاي خنک کننده از چوب ، سيمان، PVC و ساير مصالح ساخته مي شود.

جريان هوا در برج به صورت کشش طبيعي ( با استفاده از دودکش هاي هذلولي شکل ) يا کشش مکانيکي بوسيله فن های مناسب در جهت مخالف آب ( counter-flow) و يا به طور متقاطع (cross-flow) با آن به جريان مي افتد.

برج های خنک کننده می تواند برای تخلیه بار حرارتی از   106 *3/5 در سیستم تهویه هوا تا   106 *5275 در نیروگاه حرارتی بزرگ مورد استفاده قرار می گیرد.

با توجه به اينکه برجهاي خنک کننده حجيم مي باشند و از طرفی بعلت پاشيدن آب در محيط اطراف خود و خرابي تجهيزات آنها را معمولاً در انتهاي سایت های  فرآيندی  نصب مي کنند .