Numerical study and optimization of the cross-flow Maisotsenko cycle indirect evaporative air cooler

چکیده

این مقاله درباره پروسه یهینه سازی خنک کننده هوای تبخیری غیرمستقیم با سیکل Maisotsenko جریان متقاطع می باشد. این بهینه سازی در حوزه سه معیار کیفیت مجزا به با دقت انتخاب شده بودند انجام گردید. بهینه سازی برای 5 فاکتور تاثیر گذار انجام گردید (دمای ورودی و رطوبت نسبی، نرخ جریان جرم هوای اولیه، نسبت کار به هوای اولیه و طول نسبی قسمت آغازین.). بهینه سازی با دو روش انجام گرفت: روش ترکیبی تک پارامتری و چند پارامتری. بهینه سازی تک پارامتری منجر به نتایجی نارضایت بخش گردید که به دلیل روندهای متفاوتی بود که توسط معیارهای کیفیت تحت تغییر یکسان پارامترهای ورودی نشان داده شدند. بهینه سازی چند پارامتری بر اساس آنالیز تابع مطلوبیت Harrington بود. نتایج بهینه سازی اجازه داد بهترین محدوده شرایط کاری و هندسی برای مبدل ارائه شده و ایجاد بهترین شرایط آب و هوایی برای عملکرد موثرش به وجود بیاید.

Abstract

Presented article describes the optimization process of the cross-flow Maisotsenko cycle indirect evaporative air cooler. The optimization was performed on the basis of three carefully selected individual quality criteria. The optimization was performed for five influence factors (inlet temperature and relative humidity, primary air mass flow rate, working to primary air ratio and relative length of the initial part). The optimization was performed with two methods: single-parameter and multi-parameter compromise method. The single parameter optimization lead to the unsatisfactory results, due to the different trends shown by the quality criteria under identical variation of input parameters. The multi-parameter optimization was based on analysis of the Harrington function of desirability. The results of optimization allowed establishing optimal range of operational and geometrical conditions for the presented exchanger and establishing the optimal climate conditions for its effective operation.

مقدمه

پرواضح است که سطح فعلی مصرف انرژی از نظر محیطی قابل نگهداری نیست. در این خصوص، جستجو برای منابع انرژی تجدید پذیر، یک وظیفه تحقیقاتی مهم جهانی شده است. استفاده از تهویه هوا در ساختمانها در سالهای اخیر رشد چشمگیری داشته است. موسسه بین المللی Refrigeration در پاریس گزارش کرد که تقریبا 15% انرژی الکتریکی تو یخچال، تهویه هوا و وسایل پمپ گرما استفاده می شود. کمپرسورها در واحدهای تهویه هوای سنتی، مصرف کننده های اصلی برق هستند که در بیشتر موارد حدود 70% کل انرژی مصرف شده توسط وسایل را مصرف می کنند. بنابراین، ضروری است که منابع انرژی خنک کننده موثرتر و دوستانه تر با محیط زیست بیابیم. یکی از روشهای امیدوار کننده، استفاده از پروسه های خنک کننده تبخیری می باشد، چون خنک کننده های هوای تبخیری غیرمستقیم کمتر وابسته به انرژی برق هستند. رویداد ترمودینامیکی متفاوت با نام سیکل M (سیکل Maisotsenko) ثابت شده است که دماهای هوای پردازش شده می تواند به دمای نقطه شبنم ورودی دست یابد. خنک کننده های هوای تبخیری با سیکل M روش های موثری برای تولید انرژی خنک کننده برای واحدهای تهویه هوای خلاقانه هستند.

اخیر، تحقیقات زیادی درباره سیکل های خنک کننده تبخیری ابتدایی و پیشرفته صورت گرفته است. Bolotin یک تحقیق قیاسی از دو خنک کننده تبخیری غیرمستقیم را ارائه کرد: مبدل جریان متقاطع معمولی و مبدل جریان متقاطع بازتولید شونده. مدل ریاضی بر اساس تئوری Ɛ-NTU برای شبیه سازی های عددی استفاده گردید. نتایج، شرایط کاری مفیدی را برای راندمان انرژی نشان دادند. این محققین ، بهترین شرایط کاری را برای هر دو مبدل جریان متقاطع را در خصوص حداقل افت های فشار و مصرف آب محیا کردند. Saghafifar و Gadalla آنالیز دو سیستم تهویه هوای خورشیدی جدید را ارائه کردند. مقایسه ای برای ایجاد مزیتهای استفاده از خنک کننده هوای تبخیری بر اساس سیکل M با سیستم های تهویه هوای ماده خشک کن جامد معمولی انجام گرفت. مدول های PV/T خورشیدی ، منبع انرژی اولیه برای سیستم تهویه هوا بودند. این محققین آن سیستم را با استفاده از خنک کننده سیکل M پایه گذاری کردند که در مقایسه با سیستم های سنتی بسیار امیدوارکننده بودند. نتایج آنالیز ترمودینامیکی نشان داد که روشهای با سیکل M قادر هستند در دماهای داغ و مرطوب مانند امارات متحده عربی کار کنند، اما سیستم سیکل گردش ماده خشک کن Maisotsenko موثر تر می باشد. Khalid یک آنالیز ترجبی از مبدل گرما و جرم سیکل M ارتقا یافته درباره کارآمدی گرمایی اش انجام داد. در این تحقیق، خنک کننده هوای تبخیری با استفاده از مواد با جذب رطوبت بیشتر برای مرطوب سازی موثر هوای در حال و برای داشتن هندسه ارتقا یافته کانال ها طراحی گردید. خنک کننده هوای تبخیری ارتقا یافته در خصوص راندمان حباب مرطوب در مقایسه با واحد قبلی، 5% کارآمدی بیشتری داشت. نتایج بدست آمده قابلیت کاربردهای تهویه هوای داخلی کوچک را نشان دادند. Cui به صورت عددی مبدل گرما و جرم سیکل M مدرنی را بررسی کرد.