بهينه سازي چگالنده در سامانه استحصال آب مبتني بر جذب سطحي همراه متمركز كننده خورشيدي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

يكي از بحران‌هايي كه بشر با آن مواجه است، كمبود آب آشاميدني است كه موجب روي آوردن دولت‌ها به انتقال آب از مناطق ديگر و شيرين‌سازي آب شده است. اما هزينه انتقال آب به مناطقي دور افتاده بسيار زياد است لذا منابع جايگزيني براي تامين آب معرفي شده است كه يكي از آن‌ها رطوبت هوا است. استحصال آب از هوا با كمك روش‌ جذب مه و روش مبتني بر تبريد، مي‌تواند انجام گيرد. با اين حال، در اين دو روش دماي مخلوط گازي هوا/بخار آب موجود در اتمسفر بايد تا زير دماي نقطه شبنم كاهش يابد تا آب مايع استحصال شود. اما در سامانه‌هاي استحصال آب اتمسفري مبتني بر جذب سطحي نيازي به كاهش دما تا زير دماي نقطه شبنم نيست. كمك جاذب‌هاي سطحي مانند ام‌او‌اف 801، سيليكا ژل و زئوليت در اين سامانه‌ها، بخار آب در دمايي بالاتر از دماي نقطه شبنم، جذب مي‌شوند. سپس با اعمال شار حرارتي بخار آب از جاذب سطحي آزاد شده و چگالش مي‌گردد تا آب مايع استحصال شود. در اين سامانه‌ها مي‌توان از تابش خورشيد يا لامپ‌هاي حرارتي به عنوان منبع حرارتي براي آزادسازي بخار آب استفاده كرد. هر چقدر كه برتابش ورودي بر سطح جاذب سطحي شدت بالاتري داشته باشد و دماي جاذب سطحي بيشتر افزايش يابد، نرخ آزادسازي بخار آب بيشتر شده و در نتيجه مي‌توان جرم معيني از مايع را در زمان كوتاه‌تري، استحصال كرد. بنابراين در پروژه حاضر تلاش شده تا با استفاده از متمركزكننده خورشيدي، دماي جاذب سطحي و در پي آن نرخ آزادسازي بخار آب را افزايش داد. متمركزكننده خورشيدي در پروژه حاضر، يك آينه مقعر پارابوليك و دو آينه تخت در جانبين است. استحصال آب در اين سامانه متشكل از فرايندهاي تابش، آزادسازي و چگالش است. در اين پروژه، فرايند تابش و فرايندهاي آزادسازي و چگالش به صورت جداگانه توسط نرم‌افزار فلوئنت شبيه‌سازي شده‌اند. از آنجا كه شبيه‌سازي نيازمند مدل صحه‌گذاري شده است، ابتدا فرايندهاي تابش، آزادسازي و چگالش در مدل ال-علي و همكاران، شبيه‌سازي شده است. در اين مدل با كمك لامپ حرارتي، تابشي با شدت 529 وات بر متر مربع بر جاذب سطحي از جنس گرانول سيليكاژل نارنجي، اعمال شده است. با شبيه‌سازي تابش و مقايسه دماي جاذب سطحي بدست آمده در آزمايش ال-علي، شبيه‌سازي تابش، صحه‌گذاري شده است. در اين مدل از روش مختصات گسسته با در نظر گرفتن سطوح غيرخاكستري به منظور شبيه‌سازي تابش استفاده شده است. از اين مدل استفاده شده تا دماي جاذب سطحي در مدل جديد همراه متمركزكننده نيز بدست آيد. از اين شبيه‌سازي به عنوان تابع هدف براي بهينه‌سازي متمركزكننده خورشيدي استفاده شده است تا ابعادي براي متمكزكننده خورشيدي بدست آيد كه در آن دماي جاذب سطحي بيشينه شود. سپس با كمك دماي جاذب سطحي، نرخ آزادسازي بخار آب بدست آمده و فرايند‌هاي آزادسازي و چگالش در مدل ال-علي شبيه‌سازي شده تا با مقايسه جرم آب مايع چگالش شده، شبيه‌سازي چگالش صحه‌گذاري گردد. در شبيه‌سازي چگالش، از مدل حجم سيال استفاده شده است. با شبيه‌سازي چگالش در مدل جديد به كمك مدل صحه‌گذاري شده،‌ نرخ چگالش بدست آمده است. نتايج نشان مي‌دهد كه در مدل جديد همراه متمركزكننده، نرخ چگالش تا 43 درصد افزايش يافته و زمان لازم براي استحصال 286 گرم آب مايع، 62 درصد كاهش يافته است.

222845

حرارت و سيالات

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان