دانشگاه صنعتی شاهرود مکانیک سازه ها و شاره ها 2251-9475 16 2 2026 06 22 Thermodynamic Modeling and Analysis of Key Parameters Affecting the Performance and Water Consumption of Direct Evaporative Coolers Using Design of Experiments and Full Factorial Design Approach مدلسازی ترمودینامیک و بررسی پارامترهای موثر بر عملکرد و مصرف آب کولرهای تبخیری مستقیم با استفاده از طراحی آزمایش‌‌ها و روش فاکتوریل کامل 183 210 3877 10.22044/jsfm.2026.15985.3954 FA نادر رهبر مرکز تجقیقات انرژی و توسعه پایدار، واحد سمنان، دانشگاه آزاد اسلامی، سمنان، ایران هادی کارگر شریف آباد گروه مهندسی مکانیک، واحد قم، دانشگاه آزاد اسلامی، قم، ایران احد عابدینی اسفهلانی گروه مهندسی مکانیک، واحد سمنان، دانشگاه آزاد اسلامی، سمنان، ایران Journal Article 2025 03 26 This study examines the performance of direct evaporative coolers through thermodynamic modeling and experimental design methods, focusing on key operational parameters affecting water consumption and cooling capacity. A developed thermodynamic model demonstrates high predictive accuracy, validated against experimental data with average errors of 1.9% for outlet air temperature and 7% for water consumption. Using a full factorial design of experiments (DOE), the research analyzes individual and interactive effects of critical factors, revealing that inlet air flow rate and saturation efficiency significantly influence water use. Specifically, increasing saturation efficiency from 40% to 90% leads to a 130% rise in water consumption, highlighting important efficiency trade-offs. The study proposes two simplified regression models for estimating cooling capacity and water requirements, which are applied to assess annual water consumption across nine major Iranian cities with diverse climatic conditions. For a standard 7,000 CFM cooler operating at 70% efficiency, results show annual water use varies substantially from 58 m³ in Tabriz to 194 m³ in Yazd, emphasizing the critical role of climate in system performance. These findings provide practical insights for engineers to optimize cooler design and selection, while supporting policymakers in developing water management strategies and sustainable urban planning. Additionally, the results offer valuable input for updating building codes, particularly Iran's National Building Code (Article 19), and contribute to the development of efficient cooling solutions in hot, arid regions, balancing performance with water conservation needs. در این مقاله، عملکرد کولرهای تبخیری مستقیم با استفاده از مدلسازی ترمودینامیکی و روش طراحی آزمایش‌ها بررسی و تحلیل شده است. هدف این مطالعه، ارزیابی تأثیر پارامترهای مختلف بر مصرف آب و ظرفیت سرمایش کولرها است. مدل ترمودینامیکی ارائه‌شده با داده‌های تجربی اعتبارسنجی شده و از دقت بالایی در پیش‌بینی دمای هوای خروجی (با خطای متوسط 1/9 درصد) و میزان آب مصرفی (با خطای متوسط ۷ درصد) برخوردار است. همچنین، با به‌کارگیری روش طراحی آزمایش فاکتوریل کامل، اثرات مستقل و برهم‌کنش عوامل کلیدی ارزیابی شد. نتایج نشان می‌دهد که دبی هوای ورودی و راندمان اشباع بیشترین تأثیر را بر مصرف آب دارند؛ به‌طوری که افزایش راندمان اشباع از ۴۰ درصد به ۹۰ درصد می‌تواند مصرف آب را تا ۱۳۰ درصد افزایش دهد. درنهایت، دو مدل رگرسیونی ساده برای تخمین ظرفیت سرمایش و مصرف آب کولرهای آبی پیشنهاد شده و بر این اساس، مصرف سالیانه آب این تجهیزات در ۹ شهر منتخب ایران محاسبه گردید. برآوردها نشان می‌دهد که مصرف آب سالانه برای یک کولر آبی متداول ۷۰۰۰ فوت مکعب بر دقیقه با راندمان ۷۰ درصد، از حدود ۵۸ مترمکعب در تبریز تا ۱۹۴ مترمکعب در یزد متغیر است که این امر اهمیت تأثیر شرایط اقلیمی را در بهره‌برداری از این تجهیزات آشکار می‌سازد. نتایج این پژوهش می‌تواند به مهندسان در طراحی و انتخاب کولرها کمک نموده و برای سیاست‌گذاری مدیریت مصرف آب، برنامه‌ریزی شهری پایدار، تدوین مقررات انرژی و آب در مبحث نوزده مقررات ملی ساختمان و همچنین طراحی سیستم‌های سرمایشی پایدار در شهرهای گرم و خشک کشور مفید باشند. https://jsfm.shahroodut.ac.ir/article_3877_e46859254fdaad6f089c3639fe1620f4.pdf