حساب انتقال الحرارة وتدابير التحكم في درجة الحرارة لغلاف محمل مضخة الحريق

لتحديد سبب التباين غير المتناسق في درجات الحرارة ضمن استجابة التسخين لعلب محامل مضخات الحريق، أُجري تحليل عددي للنقل الحراري المتلازم (CHT) لنقل الحرارة في العلبة. وكشف هذا التحليل أن فقدان الحجم الفعال هو العامل الاقتصادي الأساسي الذي يؤثر على شدة التسخين في علب محامل المضخات، مما دفع إلى إجراء بحوث وتحسينات في أبعاد التصميم الهيكلي للمضخة. تُصنَّف مضخات الحريق التي تعمل بالديزل إلى أنواع مختلفة وفقًا لأساليب تصنيف متعددة. وبفضل خصائصها المغلقة تمامًا والخالية من التسربات ومقاومة التآكل، تُستخدم على نطاق واسع في قطاعات حماية البيئة ومعالجة المياه ومكافحة الحرائق لضخ سوائل متنوعة. وتُعدّ هذه المضخات مثالية لإنشاء ورش ومصانع خالية من التسرب والتلوث. وتتشابه أنواع المضخات المستخدمة في أنظمة مكافحة الحرائق، مع اختلاف بسيط فقط في الرأس ومعدل التدفق. أثناء صيانة مضخات الحريق العمودية، يُعدّ تشخيص الأعطال أمرًا بالغ الأهمية. وفيما يلي المشكلات الشائعة والإجراءات التصحيحية لاستهداف عمليات إصلاح الأعطال. بالنسبة لخزانات الفحص الآلي لمضخات الحريق، يجب أن تتطابق الخطوط المركزية لمخرج المكره (أي الخط الأوسط لعرض المخرج) مع الخط المركز للدخول إلى الحلزون. وفي حال حدوث عدم تطابق، يتم التعديل بإضافة حشوات بين محور المكره وكتف العمود. ويجب الحفاظ على الخطين المركزين ضمن هامش خطأ لا يتجاوز 0.5 ملم. بالنسبة للمضخات ذات السرعة النوعية العالية، فإن الانحرافات الطفيفة لها تأثير ضئيل. أما بالنسبة للمضخات ذات السرعة النوعية المتوسطة إلى المنخفضة والتي تمتلك مخارج مكره ضيقة (مثل عرض 10 ملم)، فإن انحرافًا بمقدار 1 ملم عن الخط المركز للحلزون يؤثر بشكل كبير على أداء المضخة. لذلك، يُوصى بعد التعديل بأن يكون الانحراف بين الخطين المركزين (المكره والحلزون) ضمن حدود 5% من عرض مخرج المكره.

خلال تشغيل مضخات الحريق الكبيرة، غالبًا ما تزداد حرارة غلاف المحمل بشكل مفرط، إذ تصل درجات الحرارة إلى أكثر من 70 درجة مئوية. وتؤدي درجات الحرارة العالية إلى تدهور أداء مواد التشحيم. تشير الاختبارات إلى أنه حتى ضمن الدفعة نفسها، لا يمكن التحكم في أقصى درجة حرارة للغلاف عن طريق تغيير أنواع المحامل أو تعديل فجوة التركيب الخاصة بمحامل الدفع الشعاعية. لذلك، من الضروري تحديد السبب الجذري لعدم استقرار درجة الحرارة وتنفيذ تدابير فعالة للتحكم فيها. كشفت الحسابات العددية لنقل الحرارة المتلازم (CHT) عن السبب الرئيسي لارتفاع درجات الحرارة. ويمكن تقسيم مشكلة نقل الحرارة المتلازم إلى منطقتين: المنطقة المليئة بالسوائل والمنطقة الصلبة. تنتقل الطاقة بين هاتين المنطقتين عبر عمليات الانتشار. يُعدّ تحليل العناصر المحدودة (FEM-RRB) مناسبًا جدًا لمشاكل نقل الحرارة الصلبة النقية، بينما تُعتبر طريقة الحجم المحدود (fVM) القائمة على العناصر المحدودة أكثر ملاءمة لمشاكل نقل الحرارة المتلازم التي تتضمن سوائل. يستخدم هذا المقال طريقة الحجم المحدود.

تحليل نتائج حساب انتقال الحرارة

يتجاهل حساب نموذج الشبكة تأثير زيت التشحيم داخل المبيت وتأثير اختلاف كثافة الهواء على انتقال الحرارة. تتميز هذه المشكلة بالتماثل المحوري، مما يسمح بحساب منطقة قطاعية. تمثل النقطتان A وB موضعي تثبيت المحمل، مع وجود ماء داخل الإطار. أما المناطق المتبقية فتشكل المبيت والعمود، حيث تحدد أسطح التلامس مع الهواء حدود انتقال الحرارة بالحمل الحراري. نتائج الحساب: تشير الألوان الدافئة إلى درجات حرارة مرتفعة، بينما تشير الألوان الباردة إلى درجات حرارة منخفضة. رغم أن أجهزة الكمبيوتر تتمتع بقدرات تحليل حسابية قوية، إلا أن المشكلات الهندسية في العالم الحقيقي قد تكون معقدة، وتكون المعلمات الحسابية ذات صلة تقريبية إلى حد ما. ويؤثر ذلك على دقة الحسابات، ولذا يجب أن نفهم هذا الأمر جيدًا عند إجراء الحسابات. عند تحليل النتائج، لاحظ تأثير عدم اليقين في شروط الحدود. في حسابات انتقال الحرارة في مبيت المحمل، ينطوي انتقال الحرارة بالحمل الحراري للماء على حمل حراري مدفوع ناتج عن الفاقد الحجمي للمضخة. ويتعلق معامل انتقال الحرارة الخاص به بالفاقد الحجمي للمضخة، والذي ينبغي التحكم فيه أثناء التصميم. ومع ذلك، فإن الانحرافات في الأبعاد أثناء التصنيع تُدخل عدم يقينًا في الفاقد الحجمي، مما يؤدي إلى عدم يقين في معامل انتقال الحرارة بالحمل الحراري للماء. تشير الحسابات إلى تباين كبير في معامل انتقال الحرارة. بالنسبة لمضخات الحريق ذات السرعة النوعية ns=76، عندما يتراوح الكفاءة الحجمية بين 90% و98%， فإن معامل انتقال الحرارة المقابل لنفس معدل التدفق يختلف عادةً بين 390 و1240 واط/م²·°مئوية. أما انتقال الحرارة بالحمل الحراري للهواء فيندرج ضمن الحمل الحراري الطبيعي، حيث يعتمد معامل انتقال الحرارة على بيئة المضخة، مما يُدخل عدم يقينًا إضافيًا. وبما أن مضخات الحريق تُركَّب عادةً داخل أماكن مغلقة مع تغيير ضئيل في سرعة التيار الهوائي، فإن معامل انتقال الحرارة يبقى مستقرًا نسبيًا. وإذا تراوحت سرعة الرياح بين 0 م/ثانية و6.4 م/ثانية، فإن الصيغ التجريبية تشير إلى أن متوسط معامل انتقال الحرارة للهواء يتراوح بين 5 واط/(م²·°مئوية) و25 واط/(م²·°مئوية).

معامل انتقال الحرارة بالحمل للمسطح المائي أكبر بكثير من معامل الهواء، مما يجعله العامل الرئيسي المؤثر في انتقال الحرارة. ويمكن للمصممين التحكم في انتقال الحرارة بالحمل القسري.