冷却塔熱流動解析
１．解析の目的
建築設備に関する熱流動機器はその特性や挙動が不明な物が多い。 冷却塔もその一つであるが、冷却塔の各セルの構造や流動条件や熱的条件を詳細に設定する事により、熱流動状態をかなり正確に再現する事が可能である。 本解析では、大型８連セルの冬季における白煙発生予測のために、外部風と湿度（水蒸気移動）を考慮した熱流動解析を行った。
２．解析モデル
解析モデルの格子数は、190×82×45＝701,100である。 冷却塔各セルの構造を出来るだけ詳細に表現してあるため、外部からの風はセル下部から取り込まれ熱交換の後、ファンを通して高温多湿の空気としてセル上部へ吐出されるように設定できる。 周囲の速度分布を詳細に再現できるように、格子は計画建物の周辺では細かく、遠ざかるにつれて粗くなるよう作成されている。 また冷却塔の周囲との距離や天空面との距離を十分設けて、境界層型風洞を用いた模型実験の場合と同様な状況を再現するようにしてある。 風速条件はべき乗則を適用し実態に近い条件としている。
３．解析結果
ここでは、最も白煙発生が激しいと考えられる、８連セルの直列方向に風の吹く冬季（北風）の解析結果を挙げる。 他に、セルの直列方向に垂直な風向の解析や斜めの風向に対する解析も行っている。
各セル吐出口では、外部風による巻き込みが見られるため、ファンから吐出する高温空気は一様ではない。 また、外部風（温度0℃）に直接さらされる風上側のセルよりも風下側のセルの方が、吐出する高温空気が高い位置まで上昇する。 ここでは、セルからの熱移動と水蒸気の移流拡散をシミュレートする事により、冷却塔上方及び後方の空間での湿度分布を求めて三次元的に表現している。
各セルでの下部における空気取り入れ状況や、ファン上部での高温空気の吹出し状況がわかる。
断面表示ではわからない温度分布のセル上方空間での広がりがわかる。 各セルからの熱流の干渉状態が一目で理解できる。
水蒸気の移流計算により、空間内の絶対湿度（kg／m3）が求まる。 密度を考慮して絶対湿度（kg／kg）を計算し、温度分布から計算される飽和湿度をベースに相対湿度（%）を評価する。 温度分布とはかなり異なる三次元分布が得られる。
セルから吐出する高温多湿の空気は相対湿度が100%より高く、白煙を伴う。 しかし、冷たい外部風により、吐出空気は希釈される。 そのため、飽和湿度は下がるものの、それ以上に絶対湿度も下がるので相対湿度は100%を割り込み、白煙は消える事になる。
株式会社環境シミュレーション info_e-sim@env-simulation.com
Copyright (C) 2007-2002 Environment Simulation Inc. All rights reserved.
｜
