Yenilikçi soğutma kulesi tasarımına yönelik hesaplamalı akışkanlar dinamiği çalışmaları

Abstract

Bu tezde, düşük su tüketimli soğutma kulesi tasarımı adına deneysel ve sayısal çalışmalar yapılmıştır. Çalışmanın amacı günümüzde var olan soğutma kulelerindeki su tüketimini düşürmek fakat su tüketimini düşürürken soğutma kulesinin verimini düşürmemektir. Performansın istenilen düzeyde olması için hava ile su damlacıkların homojen olarak karışması gerekmektedir. Bu amaçla ilk olarak küçük ölçekli bir test düzeneği oluşturulmuştur. Kurulan test düzeneği farklı giriş ve çıkışları deneysel olarak inceleme konusunda yardımcı olmuştur. Test düzeneği, Tübitak Teydeb projesi kapsamında MD2 firması tarafından kurulmuş ve çalıştırılmıştır. Deneysel çalışmaları doğrulamak ve tasarımda yardımcı olmak üzere yürütülen hesaplamalı akışkanlar dinamiği çalışmaları bu tezin kapsamını oluşturmaktadır. Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği farklı giriş ve çıkışların etkilerinin incelenmesi amacıyla kullanılmıştır. Çalışmanın başında farklı giriş ve çıkışların incelebilmesi için ilk olarak sadece hava ile simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Türbülans yoğunluğunu arttırmak amacıyla farklı türbülatör tasarımları yapılmıştır. Türbülatör lüle sisteminin denenmesi amacıyla üç boyutlu çok fazlı HAD modeli oluşturulmuştur. Yapılan deneysel ve sayısal çalışmaların sonucunda, en efektif giriş, çıkış ve türbülatör lüle sistemi seçilmiştir. Bu çalışmalar sayesinde soğutma kulesi son halini almış ve gerekli sıcaklık farklılıklarının yakalanabilmesi için döner lüle sisteminin kullanmasına karar verilmiştir.

In this study, a combined experimental and computational study for the design of a low water consumption cooling tower is performed. The purpose of the study is to reduce the water consumption without decreasing the efficiency of a typical cooling tower. To achieve this aim, it is necessary to enhance the homogeneity of mist/air mixture. For this purpose, firstly, an experimental set-up including a small scale wind tunnel is installed which provides opportunity to examine different inlet and outlet configurations easily. As s part of a Tubitak Teydeb Project, the experimental part of the study is carried out by MD2 Engineering. Computational Fluid Dynamics (CFD) is used extensively to examine the effects of different configurations before experimental studies. Simulations of different inlet and outlet configurations are performed using only air. Several turbulators are designed and simulated to increase the turbulence levels. A three dimensional multi-phase CFD model is utilized to design a nozzle-turbulator system for the cooling tower. As results of the computational and experimental studies, the most efficient inlet and outlet configurations are specified and turbulators are selected from the alternative designs. The designed cooling tower takes its final form as a results of combined experimental and computational studies and a turning nozzle configuration is selected as the final design.