شبیه سازی و بهینه سازی عملکرد حرارتی - سیالاتی سیستم تهویه در یک واحد صنعتی

کنترل دما یکی از چالش های جدی ایمنی و عملیاتی در واحدهای صنعتی محسوب می شود. به دلیل حرکت هوای داغ به سمت بالا و تجمع آن در بخش های مرتفع سلامت کارکنان به ویژه اپراتورهای جرثقیل سقفی را تهدید می کند. در این پژوهش به منظور بهبود ایمنی و شرایط آسایش، طراحی بهینه یک سیستم تهویه صنعتی کارآمد برای یک واحد صنعتی انجام شده است که در کف آن حرارت بسیار زیادی از حوضچه های داغ به داخل سالن منتقل می گردد. باتوجه به هزینه و دشواری آزمون و خطا در مقیاس واقعی از روش شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) با نرم افزار ANSYS Fluent بهره گرفته شده است. مدل دو بعدی از هندسه سالن شامل حوضچه، داغ، مبدل های حرارتی و فن ها تهیه گردید. مدل آشفتگی KERNG برای حل جریان هوا به کار رفته است. پنجاه سناریوی شبیه سازی با ترکیب های گوناگون از پنج پارامتر طراحی اصلی دمای هوای ورودی، سرعت هوای ورودی، زاویه ورود هوا، تعداد فن های مکنده سقفی و نوع سیستم تهویه ورودی اعم از اجباری یا طبیعی در قالب طراحی آزمایش به روش سطح پاسخ (RSM) و تحلیل واریانس (ANOVA) مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان می دهد که در حالت بهینه با دمای ورودی حدود ۳۰۴/۴ کلوین، سرعت ۶/۰۸ متر بر ثانیه، زاویه دمش ۳۶/۰۱ درجه و شش فن مکنده سقفی فعال میانگین دمای هوای بالای حوضچه به طور چشمگیری تا حدود ۳۰۴/۴ کلوین کاهش پیدا می کند. مقدار ضریب تعیین مدل آماری (R۲=۰/۹۶۶) حاکی از دقت بالای پیش بینی مدل است. نتایج نهایی بیانگر آن است که ترکیب روش های CFD و RSM به عنوان یک ابزار پیشرفته می تواند در طراحی و بهینه سازی سیستم های تهویه صنعتی و ارتقای شرایط محیط کار بسیار موثر واقع شود و ایمنی و سلامت پرسنل را تامین کند.

کلیدواژه ها:

تهویه صنعتی ، دینامیک سیالات محاسباتی ، بهینه سازی ، روش سطح پاسخ ، تحلیل واریانس ، Computational Fluid Dynamics ، Response Surface Methodology ، Analysis of Variance