Wieże chłodnicze, wykorzystujące do chłodzenia wody technologicznej lub lodowej strumień powietrza zewnętrznego, mogą znacznie poprawić wydajność instalacji i efektywność energetyczną obsługiwanych obiektów. Te kojarzone najczęściej z przemysłem urządzenia mogą – zależnie od skali – wspomagać także systemy HVAC np. w budynkach użyteczności publicznej czy komercyjnych.
Artykuł omawia budowę algorytmu do rozwiązywania inżynierskich problemów wyznaczania oporów, na przykładzie chwytaka elektromagnetycznego EM-4Ex/2. Przedstawiona i omówiona została metoda analityczna wyznaczania strat na podstawie studium literatury. Przytoczone zostały czynniki wpływające bezpośrednio oraz pośrednio na powstawanie oporów przepływu. Na podstawie opracowanego narzędzia wyliczone zostały opory przepływu dla analizowanej konstrukcji.
The aim of the article is to review and analyze existing methods and design solutions of high-pressure turbine cooling systems used in fourth-generation engines. The need to increase the temperature of the working medium causes the development of cooling systems, which also targets minimizing the negative impact of cooling on turbine efficiency. The paper presents the idea of cooling and the most important heat transfer models connected to turbine blades. Attention was focused on analyzing two types of cooling, i.e., internal and external. In the case of internal cooling, the problem of directing the flow of the cooling stream was outlined. It was pointed out that it plays a major role in the area of heat transfer efficiency, which depends on the shape of the flow channel, as well as the Reynolds number for the cooling air. One of the latest solutions used for cooling high-pressure turbine blades, i.e., a system of Dimple Induced Secondary Flow, was presented. In the case of external cooling, attention was focused on the elements affecting the effectiveness of this solution, i.e. the geometry, arrangement, and also the angle of the cooling holes. Results on the comparative analysis of heat transfer coefficients for different configurations of cooling systems are summarized.
PL
Celem artykułu jest przegląd oraz analiza istniejących metod i rozwiązań konstrukcyjnych systemów chłodzenia turbiny wysokiego ciśnienia wykorzystywanych w silnikach IV generacji. Potrzeba zwiększania temperatury czynnika roboczego powoduje rozwój systemów chłodzenia, którego celem jest również zminimalizowanie negatywnego wpływu chłodzenia na sprawność turbin. W pracy przedstawiono ideę chłodzenia i najważniejsze modele wymiany ciepła związane z łopatkami turbin. Skupiono uwagę na przeanalizowaniu dwóch rodzajów chłodzenia, tzn. wewnętrznego i zewnętrznego. W przypadku chłodzenia wewnętrznego zajęto się problem ukierunkowania przepływu strumienia chłodzącego. Zwrócono uwagę, że odgrywa on duże znaczenie w obszarze wydajności wymiany ciepła, która jest zależna od kształtu kanału przepływowego, a także liczby Reynoldsa dla powietrza chłodzącego. Przybliżono jedno z najnowszych rozwiązań stosowanych do chłodzenia łopatek turbiny wysokiego ciśnienia, tzn. układ z wgłębieniami na powierzchni. W przypadku chłodzenia zewnętrznego zwrócono uwagę na elementy mające wpływ na skuteczność tego rozwiązania, tzn. geometrię, rozmieszczenie, a także kąt ustawienia otworów chłodzących. Zestawiono wyniki analizy porównawczej współczynników wymiany ciepła dla różnych konfiguracji układów chłodzących.
The cooling system of an internal combustion engine affects various key parameters, including ignition delay, fuel evaporation, and the compression-expansion process. The geometry of its components impacts both cooling efficiency and the energy demand of the coolant pump. This paper presents CFD simulation results of coolant flow through selected elements of a modified cooling system in a prototype engine. Due to design changes in the power unit, the original coolant outlet manifold required redesign. Three manifold variants were analyzed under two coolant types and two back pressure levels. Flow patterns were evaluated using streamlines and velocity distributions in selected cross-sections. The applied manifold modification significantly increased coolant velocity. In the analyzed cases, the local resistance coefficient rose to values as high as 9. For version mod2, the risk of turbulence was higher with a water-glycol mixture than with water. For version mod1, turbulence sensitivity to coolant type was negligible.
The item under test was the engine without its standard facility-based cooling systems, the lack of which makes it impossible to operate as a power unit of a vehicle in a great majority of experimental research of internal combustion engines at high altitudes. The findings may create a wrong impression of the range of power ratings and economic parameters of the engine when operating at high altitudes because changes in atmospheric conditions exert an effect on the running efficiency of its standard systems as well. It is established that the efficiency loss of the cooling system may cause a forced power limitation of the engine as a result of the experimental research of the diesel engine equipped with all standard facility-based systems at very high altitudes. Thus, the shortage of power may significantly exceed the power loss of the engine due to air density reduction at high altitudes.
Vehicle coolant is one of the most important operating fluids. Along with changes in the design of engines, the composition of the coolant has also changed. The main function of the coolant is heat transfer (HT). It absorbs up to one-third of the heat energy generated by the engine. The coolant is also responsible for protecting the cooling system from damage caused by corrosion, scaling and deposits. The unfavorable working environment of the engine is also affected by smaller capacities of the cooling systems (CSs) of the drive units, extreme temperatures and increased pressure in the CS, enhancing the importance of the fluid composition. The coolant must be replaced every three years or 100,000 kilometers or every five years or 250,000 kilometers with the Organic Acid Technology (OAT). It is worth remembering that coolant of unknown composition or low quality used for a long time can expose the system to engine overheating, corrosion, deposits and restriction of liquid flow. This can lead to engine failure, in extreme cases even engine seizure. Currently, many types of fluids, including nanocoolants with different compositions, are available on the cooling market. The article presents these fluids, describe the most common failures of CSs, present the currently used methods of fluid replacement in the engine and proposes an innovative method based on the pressure method, which allows both replacing the fluid in the entire system and cleaning it.
7
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Opracowano wstępną formulację płynu chłodzącego, która potencjalnie mogłaby być stosowana w pośrednich układach chłodzenia baterii samochodów elektrycznych. Przyjęto, że taki płyn powinien być wodorozcieńczalny oraz spełniać wymagania w zakresie takich właściwości, jak pH, temperatura krystalizacji, temperatura wrzenia, odporność na korozję wobec miedzi, stali, żeliwa, mosiądzu i aluminium oraz skłonność do pienienia. Do badania tych parametrów fizykochemicznych zastosowano standardowe metody badawcze przeznaczone dla płynów chłodzących stosowanych w konwencjonalnych układach chłodzenia pojazdów samochodowych. Do oceny zdolności chłodzących płynów wykorzystano zmodyfikowaną metodę badawczą przeznaczoną do oceny właściwości termokinetycznych olejów hartowniczych.
EN
Aq. glycol solns. (ethylene, propylene or polyethylene glycols) with concns. of 30, 50 and 70% by mass were tested for their properties such as pH and crystn. temp. Based on a 50% propylene glycol soln., the compn. of the coolant was developed contg. 3.5% of anti-corrosion additives and 0.02% of anti-foaming additive. Its phys. chem. properties such as pH, boiling point, crystn. temp., foaming tendency and corrosion resistance of Cu, steel, cast iron, brass and Al were detd. The mixt. of this compn. met the requirements for conventional coolants used in cars.
W artykule opisano pracę innowacyjnego systemu chłodzenia adiabatycznego zastosowanego w zakładzie przemysłowym produkującym żywność. Efektem pracy SCA były zyski energetyczne, są one jednak jedynie efektem ubocznym. Głównym celem było zapewnienie bezawaryjnej pracy agregatu wody lodowej chłodzonego powietrzem, gdyż w okresach wysokich temperatur powietrza zewnętrznego przechodził on w stan awaryjny i nie zapewniał oczekiwanego chłodzenia.
EN
The article describes the work of the innovative adiabatic cooling system used in the food manufacturing plant. The SCA operation resulted in energy gains. But they are only a side effect, because the main goal was to ensure trouble-free operation of the air-cooled chiller. It was due to periods of high outside air temperatures, when chiller got failure and did not provide expected cooling effect.
The paper analyses how cooling water temperature affects the performance of an EPR nuclear power plant. At higher cooling water temperatures, the power output and efficiency of the system are lower. One of the factors that influence the performance of a nuclear power plant is its geographical location, since mean water temperatures are lower in the northern part of Europe than in its southern part. Although the nature of changes and the trend related to the effect of cooling water temperatures are known, the quantitative effect has to be determined on a case-by-case basis. A power plant with most likely pressurized water reactors (PWR) is to be built in Poland, which is why a state-of-the-art EPR pressurized water reactor design was selected as a subject of the present analysis. Depending on the location of this power plant, various cooling water temperatures to cool down its condensers, and therefore various operating conditions of the cooling system can be achieved. It is important to note that due to the smaller available enthalpy drop in the turbine of an EPR unit compared to the turbines of conventional units, steam cooling conditions play a vital role in this case. To analyze how the temperature affects the performance of the power unit, a model of an EPR power plant was developed using the Ebsilon software.
PL
W artykule dokonano analizy wpływu temperatury wody chłodzącej na osiągi elektrowni jądrowej z reaktorem typu EPR. Wraz ze wzrostem temperatury wody chłodzącej następuje spadek mocy i sprawności układu. Osiągi elektrowni jądrowej zależą m.in. od położenia geograficznego, ponieważ na północy Europy średnie temperatury wody są niższe niż na południu Europy. Charakter zmian i tendencja wpływu temperatury wody chłodzącej są znane natomiast ilościowy wpływ należy określać indywidualnie dla każdej elektrowni. W Polsce ma zostać wybudowana elektrownia najprawdopodobniej z reaktorami PWR, dlatego do analizy wybrano jedną z najnowszych technologii z reaktorami typu wodno-ciśnieniowego typu EPR. W zależności od lokalizacji tej elektrowni możliwe do osiągnięcia są różne wartości temperatury wody chłodzącej skraplacze EJ a więc i różne warunki pracy układu chłodzenia. Warto podkreślić, iż ze względu na mniejszy rozporządzalny spadek entalpii w turbinie bloku jądrowego EPR, w stosunku do turbin bloków konwencjonalnych, warunki chłodzenia pary odgrywają tutaj istotną rolę. W celu przeprowadzenia analizy wpływu tej temperatury na osiągi bloku został stworzony model elektrowni z reaktorem EPR w programie Ebsilon [1].
Praca prezentuje metodę wyznaczania minimalnego natężenia przepływu czynnika chłodzącego dla układu chłodzenia silnika elektrycznego do zabudowy w kole. Do wyznaczenia zalecanego natężenia przepływu został przygotowany przestrzenny model obliczeniowy do obliczeń CFD. W wyniku przeprowadzonych symulacji określono minimalne natężenie przepływu medium chłodzącego, zapewniające efektywne chłodzenie opracowanej konstrukcji prototypu silnika. Obliczenia prowadzone na modelu dyskretnym zostały poddane kalibracji w oparciu o badania laboratoryjne. W pracy wykazano, że przy specyficznej konstrukcji silnika w modelu obliczeniowym należy uwzględnić zmianę rezystancji cieplnej pomiędzy obwodem elektromagnetycznym a radiatorem.
EN
The method for determining the minimum volume flow rate of cooling medium for the cooling system of an electric motor for installation in a wheel is presented in the work. For determine the recommended flow rate, a spatial calculation model and the CFD software were used. The minimum flow intensity of the cooling medium, which ensure effective cooling of the motor prototype, was determined as result of simulations. The discrete, calibrated on the basis of laboratory tests, model of the real motor was used for calculations. In addition, the paper showed that with a specific motor design, the variable thermal resistance between the electromagnetic circuit and the heat sink must be taken into account in the calculation model.
W artykule autorzy prezentują charakterystyki mocy i momentu obrotowego silnika dedykowanego do elektrycznego pojazdu dostawczego o masie do 3,5 t. Zostały przedstawione modele kadłuba w trzech wariantach, różniących się układem chłodzenia oraz technologią wykonania. Została przeprowadzona analiza wydajności układów chłodzenia.
EN
In the article, the authors present power and torque characteristics of motor dedicated to an electric delivery vehicle with a weight of up to 3,5 tonnes. Hull models in three variants, differing in the cooling system and manufacturing technology have been presented. The performance analysis of cooling systems was carried out.
Although PWR reactors make up the large majority of the world's nuclear power plants, BWR reactors also have a share in this industry. It is difficult to find data on the performance of a BWR power plant in off-design and variable load conditions in the literature. Therefore, the paper presents how cooling water temperature affects the efficiency and power output of a BWR unit. The qualitative effect of changes and the trend related to the effect of cooling water temperature on the performance of the power plant are known, but the quantitative effect has to be determined for specific power units. Depending on the location of the nuclear power plant, various temperatures of cooling water for use in condensers and thus various operating conditions of the cooling system can be achieved. To analyze how cooling water temperature affects the performance of the power unit, a model of a BWR power plant was developed using the Ebsilon software. The model was based on data provided in [1] concerning LaSalle County Nuclear Generating Station. Calculations showed that within the examined range of cooling water temperatures at the condenser inlet between 10 and 28oC the gross power output of the unit decreases by 91.405 MW and the gross efficiency drops by 2.773 percentage points.
Zmiany klimatyczne, odczuwalne coraz bardziej także w Polsce, powodują iż układy chłodzenia w energetyce przechodzą lub będą przechodzić stopniowo od systemów opartych na otwartym chłodzeniu wyparnym do systemów hybrydowych lub też do rozwiązań opartych na chłodzeniu suchym, z alternatywą chłodzenia adiabatycznego.
Prawidłowa eksploatacja układu chłodzenia pozwala unikać wielu problemów eksploatacyjnych związanych z zanieczyszczeniem powierzchni wymiany ciepła skraplaczy i wież wyparnych osadami kamienia wodnego w efekcie braku uzdatniania lub złego uzdatniania wody chłodzącej. Kiedy jednak problemy się pojawią, można sięgnąć po dostępne metody usuwania osadów. Jedną z nich jest metoda chemiczna.
W pierwszej części artykułu w numerze 3/2020 przedstawiono problemy eksploatacyjne w układach chłodzenia, związane z zanieczyszczeniem powierzchni wymiany ciepła skraplaczy i wież wyparnych osadami kamienia wodnego, w efekcie braku uzdatniania lub złego uzdatniania wody chłodzącej. W części drugiej omówiono profilaktykę utrzymania w czystości powierzchni wymiany ciepła skraplaczy amoniakalnych natryskowo-wyparnych i wkładów kontaktowych zraszalnika wież wyparnych, bez osadów i korozji.
Zmiany klimatyczne na świecie wywołują przemiany w branży HVAC&R, a w szczególności w projektowaniu instalacji oraz konstrukcji urządzeń. Rosnąca liczba gorących dni w ciągu roku, zwiększa zainteresowanie producentów, inwestorów, firm projektowych oraz wykonawczych rozwiązaniami wykorzystującymi efekt adiabatyczny, w ujęciu ekonomicznym - w zakresie zużycia wody oraz energii elektrycznej (koszty inwestycyjne i eksploatacyjne). W artykule sporządzono analizę techniczną oraz porównano roczne koszty eksploatacyjne zastosowania pośredniego układu chłodzenia skraplacza wodnego dwóch różnych rozwiązań wykorzystujących efekt adiabatyczny.
Aktualnie jednym z największych wyzwań dla właścicieli supermarketów jest sprostanie najwyższym obowiązującym wskaźnikom enerochłonności. Są one nawet trzykrotnie większe niż te dotyczące szkół czy biurowców. Biorąc pod uwagę fakt, iż blisko 50% energii konsumowanej przez supermarket jest wykorzystywana do zasilania samego układu chłodniczego, obecnie w branży poszukuje się rozwiązań prowadzących do zwiększenia efektywności energetycznej stosowanych systemów.
Praca prezentuje metodę wyznaczania minimalnego natężenia przepływu czynnika chłodzącego dla układu chłodzenia silnika elektrycznego do zabudowy w kole. Do wyznaczenia zalecanego natężenia przepływu został przygotowany przestrzenny model obliczeniowy do obliczeń CFD. W wyniku przeprowadzonych symulacji określono minimalne natężenie przepływu medium chłodzącego, zapewniające efektywne chłodzenie opracowanej konstrukcji prototypu silnika. Obliczenia prowadzone na modelu dyskretnym zostały poddane kalibracji w oparciu o badania laboratoryjne. W pracy wykazano, że przy specyficznej konstrukcji silnika w modelu obliczeniowym należy uwzględnić zmianę rezystancji cieplnej pomiędzy obwodem elektromagnetycznym a radiatorem.
EN
The method for determining the minimum volume flow rate of cooling medium for the cooling system of an electric motor for installation in a wheel is presented in the work. For determine the recommended flow rate, a spatial calculation model and the CFD software were used. The minimum flow intensity of the cooling medium, which ensure effective cooling of the motor prototype, was determined as result of simulations. The discrete, calibrated on the basis of laboratory tests, model of the real motor was used for calculations. In addition, the paper showed that with a specific motor design, the variable thermal resistance between the electromagnetic circuit and the heat sink must be taken into account in the calculation model.
Praca prezentuje analizę wydajności różnych rozwiązań konstrukcyjnych układu chłodzenia silnika do zabudowy w kole pojazdu. Analiza została przeprowadzona na przygotowanych przestrzennych modelach obliczeniowych z wykorzystaniem narzędzia do obliczeń CFD. W wyniku przeprowadzonych badań symulacyjnych określono maksymalną temperaturę silnika dla różnych rozwiązań konstrukcji nośnej stojana oraz dla różnych kształtów kanału płaszcza wodnego. Analizy dokonano dla stanu ustalonego przy stałych stratach, odpowiadających pracy S1 silnika, oraz przy stałym przepływie medium chłodzącego. Obliczenia przeprowadzono, budując osobne modele dyskretne dla każdego analizowanego przypadku. Przeprowadzone badania symulacyjne pokazały, w jaki sposób dane zmiany konstrukcyjne wpływają na efektywność układu chłodzenia i posłużą do doskonalenia prototypu silnika do zabudowy w kole pojazdu.
EN
The analysis of the performance of various structural solutions of the cooling system for the in wheel car motor is presented in the work. The analysis was conducted on the prepared spatial calculation models using the CFD software. The maximum motor temperature for various solutions of the stator support structure and for different shapes of the water jacket channel was determined as a result of simulation. The analysis for a steady state with constant losses corresponding to the S1 motor operation point and the constant flow of the cooling medium was carried out. The calculations were made by building separate discrete models for each analyzed case. The information how the structural changes affect the efficiency of the cooling system and how to improve the prototype of the in wheel car motor was given as a result of conducted thermal simulations.
Powszechnie stosowane w krajowym górnictwie chłodzenie maszyn wyposażonych w napędy elektryczne dużych mocy wodą z magistrali ppoż. odprowadzaną po zużyciu do kanału ściekowego, generuje duże problemy technologiczne i ekonomiczne związane z jej ponownym odprowadzeniem na powierzchnię. W artykule przedstawiono koncepcję otwartego i zamkniętego układu chłodzenia górniczych maszyn dużych mocy. Stanowią one alternatywę dla metody powszechnie wykorzystywanej. Porównano wady i zalety omawianych układów w zależności od warunków zastosowania.
EN
Cooling of the machines used in the mining industry, equipped with high-power electric drives, by water from the mine fire system generates technological and economic problems associated with re-transportation of water to the surface. The concept of open and closed system for cooling the high-power mining machines is presented. This is an alternative to the commonly use method. Advantages and disadvantages of the discussed systems are compared.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.