کاهش کاویتاسیون در حوضچه آرامش برجک خنک کننده با روش پله دار کردن آستانه خروجی حوضچه آرامش

زمینه و هدف: برج های خنک کننده از بخش های مهم و حیاتی واحدهای صنعتی محسوب می گردد که برای خنک سازی آبی که در فرآیندهای سردسازی سیستم ها در نیروگاه ها، پالایشگاه ها و دیگر واحدهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد. یکی از اجزای مهم برج ها حوضچه آرامش است که نقش اصلی حوضچه، جمع آوری آب جهت انتقال به سیستم می باشد که تعداد حوضچه های مکش معمولا منطبق بر تعداد هر پمپ طراحی می گردد. یکی از وظایف مهم سازه ی حوضچه ی آرامش در این ساختار، استهلاک انرژی می باشد. در این خصوص معمولا در این حوضچه از ساختار هیدرولیکی پرش هیدرولیکی برای استهلاک انرژی استفاده می شود. در فرآیند پرش هیدرولیکی، جریان از حالت فوق بحرانی به جریان زیر بحرانی تغییر حالت می دهد. این امر سبب اتلاف انرژی جریان می شود. در حوضچه های آرامش برجک های خنک کننده معمولا از شیب پایین دست در جهت کنترل پرش هیدرولیکی استفاده می شود. در پژوهش های مختلف نشان داده شده است که استفاده از پلکان به جای سطح شیبدار می تواند در حد زیادی، اتلاف انرژی را در حوضچه آرامش افزایش دهد.  در این پژوهش با جایگزین کردن سطح پلکانی به جای سطح شیبدار، تاثیرات این فرآیند بر خطوط جریان و همچنین تاثیرات آن بر بوجود آمدن کاویتاسیون بررسی می گردد. روش و پژوهش: در این پژوهش از مدل عددی فلوئنت برای مدل سازی عددی جریان در اطراف سازه ی حوضچه آرامش برجک خنک کننده استفاده می شود. در این راستا،  ابعاد حوضچه آرامش در برج خنک کننده بتنی از نقطه نظر مهندسی ارزش بسیار حائز اهمیت می باشد و باید به نحوی طراحی شود که شرایط کارکرد پمپ ها ایمن باشد. وجود سرعتهای بالا و کاهش فشار در تخلیه کننده ها مشکلات جدی در ارتباط با وقوع پدیده کاویتاسیون به بار می آورد. از آن جایی که مدل سازی مدل فیزیکی معمولا مستلزم صرف زمان و هزینه زیادی است،  از مدل نرم افزاری فلوئنت کالیبره شده با داده های مدل فیزیکی ساخته شده در آزمایشگاه برای پیگیری این پژوهش استفاده شد. در این مطالعه با توجه به شناخت جریان های گردابی مخرب ایجاد شده در اطراف دریچه تحتانی در هنگام بازشدگی دریچه، بهینه سازی هیدرولیکی حوضچه آرامش و عرض مناسب حوضچه آرامش در پالایشگاه ها از اهداف اصلی این تحقیق است. یافته ها: بررسی افزایش دبی در مدل سازی عددی نشان داد، با افزایش دبی به دلیل افزایش افت انرژی به علت پله دار شدن آستانه ی انتهای، ارتفاع آب در حوضچه آرامش به صورت محسوسی افت پیدا می کند. این میزان افت، به طور متوسط در حدود ۶۷ درصد برآورد می شود. همچنین، نتایج حاصل از پروفیل های سطح آب نشان داد که آستانه ی انتهای حوضچه آرامش به صورت پلکانی، دارای افت بیشتری در حدود ۵/۱۲ درصد نسبت به حالات شیبدار می باشد. همچنین، به ازای افزایش دبی تا ۲۵۰ درصد این افت به سمت مقادیر بیشتر در حدود متوسط ۱۲۴ درصد حرکت خواهد کرد. از این رو در مدل عددی، شرایط جریان در روی پلکان ها، درحداقل و حداکثر ارتفاع و شدت دبی مورد تجزیه و تحلیل قرار داده شد. در رابطه با بررسی افت فشار در حوضچه آرامش می توان بیان نمود که، توسعه جریان در مقطع حوضچه مبتنی بر افزایش عرض و ارتفاع مجرا بر مقدار سرعت در طول تخلیه کننده افزوده می گردد که منجر به افت فشار گردیده است.نتیجه گیری:. نتایج حاصل از بررسی عدد کاویتاسیون در طول حوضچه بیانگر این مطلب می باشد که به ازای نسبت عمق آب به عرض حوضچه آرامش کمتر از ۸۲/۱ ،در طول حوضچه آرامش امکان بوجود آمدن خطر کاویتاسیون کاهش پیدا خواهد کرد. همچنین بلوک های مستهلک کننده در حوضچه تاثیر مثبتی در بهبود عملکرد هیدرولیکی داشته که منجر به افزایش استهلاک انرژی و تثبیت پرش، کاهش سرعت، طول، ارتفاع  پرش هیدرولیکی و همچنین کاهش خطر کایتاسیون نسبت به حالت بدون بلوک های مستهلک کننده ی می شود.