การจำลองการกระจายตัวของอุณหภูมิ ในกรณีของการปล่อยน้ำร้อนลงสู่กระแสน้ำ

Abstract

การกระจายตัวของอุณหภูมิในกรณีของการปล่อยน้ำร้อน ลงสู่กระแสน้ำในลักษณะ 3 มิติ ได้ถูกจำลองขึ้นโดยใช้เทคนิค CFD ชุดสมการที่เป็นตัวแทนของระบบจะประกอบด้วย สมการความต่อเนื่อง สมการอนุรักษ์โมเมนตัม สมการอนุรักษ์พลังงาน และแบบจำลองการไหลแบบปั่นป่วน k-sigma ที่คิดอิทธิพลของแรงลอยตัว โปรแกรมคอมพิวเตอร์ชื่อ PHOENICS ถูกนำมาใช้ในการแก้สมการภายใต้หลักการของไฟไนต์โวลุ่ม เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่ใช้ จึงได้เปรียบเทียบการกระจายตัวของอุณหภูมิ ระหว่างค่าที่ได้จากการจำลองกับค่าที่ได้จากการทดลอง ในกรณีของการปล่อยน้ำร้อนลงสู่ท่อสี่เหลี่ยมมุมฉาก (0.2 เมตรx3.35 เมตรx0.1 เมตร) ที่มีน้ำไหลอยู่ภายใน อัตราการไหลของน้ำร้อนมีค่าเท่ากับ 0.013 ลิตร/วินาที 0.028 ลิตร/วินาที และ 0.043 ลิตร/วินาที โดยมีค่าความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างน้ำร้อนกับน้ำในท่อเท่ากับ 20, 25 และ 30 องศาเซลเซียส ผลการเปรียบเทียบพบว่า ความแตกต่างของอุณหภูมิที่ได้จากการจำลองกับอุณหภูมิที่ได้ จากการทดลองมีค่าอยู่ในช่วง 0.1-0.7 องศาเซลเซียส แบบจำลองที่ได้รับการตรวจสอบได้ถูกนำมาใช้ในการจำลอง กรณีสมมุติของการปล่อยน้ำหล่อเย็นจากโรงไฟฟ้าขนาด 1,000 เมกะวัตต์ ลงสู่แม่น้ำเจ้าพระยา โดยศึกษาถึงอิทธิพลของอัตราการไหลของน้ำในแม่น้ำ ขนาดของท่อปล่อยน้ำหล่อเย็น ผลต่างของอุณหภูมิที่ปล่อยออกมาของน้ำหล่อเย็น กับอุณหภูมิของแม่น้ำและการถ่ายเทความร้อนบริเวณผิวน้ำ ต่อการกระจายตัวของอุณหภูมิ เมื่อกำหนดให้อัตราการปล่อยน้ำหล่อเย็นมีค่าคงที่ ผลการจำลองแสดงให้เห็นว่า การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของน้ำในแม่น้ำ จะมีค่าสูงขึ้นเมื่ออัตราการไหลของน้ำในแม่น้ำมีค่าลดลง เมื่อพิจารณาอิทธิพลของขนาดของท่อปล่อยน้ำหล่อเย็น ท่อที่มีขนาดเล็กจะทำให้อุณหภูมิของแม่น้ำ มีค่าเพิ่มขึ้นน้อยกว่าท่อที่มีขนาดใหญ่ เนื่องจากมีอัตราการผสมกันของน้ำที่ดีกว่า การเพิ่มขึ้นของผลต่างของอุณหภูมิที่ปล่อยออกมา ของน้ำหล่อเย็นกับอุณหภูมิของแม่น้ำ จะทำให้การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของน้ำในแม่น้ำ ในบริเวณใกล้กับจุดปล่อยมีค่าเพิ่มขึ้น และการถ่ายเทความร้อนบริเวณผิวน้ำ จะทำให้อุณหภูมิผสมของน้ำภายในแหล่งน้ำ ในบริเวณที่ไกลจากจุดปล่อยมีค่าลดลงมากขึ้น เมื่อเทียบกับกรณีที่ไม่มีการถ่ายเทความร้อนบริเวณผิวน้ำ