Engineering
Chłodnia kominowa
Schłodź wodę z kondensatora instalacji, puszczając ją jak deszcz przez zraszalnik naprzeciw powietrza, które wentylator zasysa w górę. Zmieniaj obciążenie cieplne, wentylator i pogodę: woda nigdy nie staje się zimniejsza niż temperatura termometru mokrego powietrza, a w zimny, wilgotny dzień nad chłodnią unosi się pióropusz mgły.
Co się dzieje
Sekcja chłodni wentylatorowej o wymiarach 3 × 3 m ze zraszalnikiem o wysokości 1,2 m chłodzi wodę z kondensatora instalacji. Woda spada przez zraszalnik, a wentylator zasysa przez niego powietrze w górę; w każdej z dwunastu warstw powietrze zbliża się do stanu przy powierzchni wody: jego zawartość wilgoci dąży do zawartości wilgoci w stanie nasycenia w temperaturze wody z liczbą jednostek przenoszenia h_d·a·V/q_a (q_a i q_w to strumienie masy powietrza i wody), a jego temperatura – do temperatury wody, przy czym dochodzi jeszcze współczynnik Lewisa równy 0,92. Większość ciepła idzie na odparowanie niewielkiej części wody; to, co powietrze zyskuje w entalpii, traci woda. Powietrze, które opuszcza warstwę przesycone, skrapla nadmiar w postaci mgły. Basen pod zraszalnikiem miesza schłodzoną wodę ze świeżą wodą uzupełniającą i odsyła ją z powrotem do kondensatora.
Przy 600 kW na 15 kg/s i powietrzu o temperaturze 25 °C i wilgotności 50 % (termometr mokry 17,9 °C) temperatura w basenie ustala się na 24,2 °C: woda schładza się o 9,4 K (zakres chłodzenia) do 6,5 K powyżej temperatury termometru mokrego (zbliżenie), a odparowuje 0,22 kg/s – 0,15 % przepływu na każdy kelwin zakresu. Dwa razy większe obciążenie cieplne podnosi temperaturę w basenie do 27,1 °C. Suchsze powietrze chłodzi mocniej: przy 15 % temperatura wody na wylocie zraszalnika spada z 25,5 do 23,0 °C, a przy połowie powietrza rośnie do 29,3 °C. W zimny, wilgotny dzień przy 5 °C i 80 % powietrze wychodzi z temperaturą 22,4 °C, nasycone i niosące 1,07 g mgły na kilogram – to pióropusz; temperatura w basenie ustala się na 16,1 °C.
Model: dwanaście warstw w przeciwprądzie, rozwiązywanych metodą strzałów od dołu; ciśnienie nasycenia według Bucka; stały współczynnik Lewisa; współczynnik przenoszenia 1,8·q_w^0,4·q_a^0,6; basen z 4 t wody jako jedna dobrze wymieszana masa; moc wentylatora proporcjonalna do sześcianu jego prędkości; RK4 z krokiem 1 s.
Co wypróbować
Poczekaj, aż temperatura w basenie się ustali, potem podwój obciążenie cieplne albo zwolnij wentylator i obserwuj zbliżenie. Zrób powietrze suche, a potem zimne i wilgotne: pojawi się pióropusz.
Równania modułu
Równania w_out = w_s(T_w) − (w_s(T_w) − w)·e^(−NTU) T_out = T_w − (T_w − T_a)·e^(−Le·NTU) h = 1006·t + w·(2.501·10⁶ + 1860·t) q_w·c·ΔT_w = q_a·Δh
