توسعه و به‌کارگیری یک مدل ریاضی برای آب‌شیرین‌کن خورشیدی شیب‌دار بهبودیافته

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

استادیار، پژوهشکده انرژی، پژوهشگاه علوم و تکنولوژی پیشرفته و علوم محیطی، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، ایران

چکیده

در این تحقیق برای اولین بار یک مدل ریاضی بر پایه اصول ترمودینامیک و انتقال گرما برای آب‌شیرین‌کن شیب‌دار بهبودیافته که آزمایش‌های تجربی قبلی نشان‌دهنده عملکرد بسیار بهتر آن نسبت به آب‌شیرین‌کن شیب‌دار استاندارد بوده، توسعه داده‌شده است. بدین منظور معادله بقا انرژی در حالت گذرا برای شش جزء آب‌شیرین‌کن شامل پوشش شیشه‌ای، آب‌شور درون حوضچه‌ها، صفحه جاذب، لایه عایق الاستومری، صفحه پشتی و صفحه چگالنده و معادلات بقا جرم و انرژی برای هوای در گردش بین محفظه تبخیر و محفظه چگالنده به کار گرفته‌شده است. این معادلات منجر به یک مجموعه معادله دیفرانسیل مرتبه اول غیرخطی وابسته به هم شده که می‌بایست به‌صورت هم‌زمان و برای همه حوضچه‌ها حل شوند. به‌منظور ارزیابی دقت و قابلیت اطمینان مدل توسعه داده‌شده در پیش‌بینی عملکرد دستگاه در شرایط آب‌وهوایی مختلف از این مدل برای تخمین عملکرد دستگاه و دمای قسمت‌های مختلف آب‌شیرین‌کن در دو فصل بهار و پاییز استفاده‌شده است. نتایج نشان می‌دهد مدل توسعه داده‌شده دقت خوبی دارد به‌نحوی‌که بیشترین خطای جذر میانگین مربعات در تخمین دمای شیشه، آب‌شور و صفحه جاذب برابر 9/6، 2/6 و 6 درجه سلسیوس می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • El-Samadony Y, Abdullah A, Omara ZJEHT. Experimental study of stepped solar still integrated with reflectors and external condenser. 2015;28(4):392-404.
  • Fath HES, Hosny HM. Thermal performance of a single-sloped basin still with an inherent built-in additional condenser. Desalination. 2002;142(1):19-27.
  • Tiwari GN, Kupfermann A, Aggarwal S. A new design for a double-condensing chamber solar still. Desalination. 1997;114(2):153-64.
  • Bhardwaj R, ten Kortenaar MV, Mudde RF. Maximized production of water by increasing area of condensation surface for solar distillation. Applied Energy. 2015;154:480-90.
  • Fath HES, Elsherbiny S, Ghazy A. A naturally circulated humidifying/dehumidifying solar still with a built-in passive condenser. Desalination. 2004;169(2):129-49.
  • گشایشی ح، ادیبی طوسی س س. بررسی آزمایشگاهی آب شیرین کن خورشیدی پلکانی همراه با کندانسور خارجی و منبع ذخیره انرژی گرمایی. مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 1399، د.50، ش. 3، ص 203-195.
  • Toosi SSA, Goshayeshi HR, Heris SZ. Experimental investigation of stepped solar still with phase change material and external condenser. Journal of Energy Storage. 2021;40:102681.
  • Sivaram P, Dinesh Kumar S, Premalatha M, Sivasankar T, Arunagiri A. Experimental and numerical study of stepped solar still integrated with a passive external condenser and its application. Environment, Development and Sustainability. 2021;23:2143-71.
  • Kabeel A, Omara Z, Younes M. Techniques used to improve the performance of the stepped solar still—A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2015;46:178-88.
  • Velmurugan V, Kumaran SS, Prabhu NV, Srithar K. Productivity enhancement of stepped solar still: Performance analysis. Thermal Science. 2008;12(3):153-63.
  • Bouzaid M, Oubrek M, Ansari O, Sabri A, Taha-Janan M. Mathematical Analysis of a New Design for Cascade Solar Still. 2016.
  • Grewal R, Kumar M. Performance evaluation of a concatenated stepped solar still system loaded with different masses of energy storage material. Energy. 2022;259:125005.
  • Hassan H, Osman OO. Novel dynamic simulation model and detailed performance evaluation of single slope solar still: impact of side walls material. Solar Energy. 2022;244:298-314.
  • Beik AJG, Assari MR, Tabrizi HB. Passive and active performance of a multi-side-stepped square pyramid solar still; experimental and modeling. Journal of Energy Storage. 2020;32:101832.
  • Jathar LD, Ganesan S. Assessing the performance of concave type stepped solar still with nanoparticles and condensing cover cooling arrangement: an experimental approach. Groundwater for sustainable development. 2021;12:100539.
  • باقری اسفه ح، رستم زاده ر، رستم زاده م، بررسی سیستم‌های مختلف آب شیرین کن خورشیدی. مجله مهندسی مکانیک. 1398، ش. 28، د. 1، ص 34-24.
  • Modi KV, Patel SK, Patel AM. Impact of modification in the geometry of absorber plate on the productivity of solar still – A review. Solar Energy. 2023;264:112009.
  • امیری ح، طراحی، ساخت و بررسی آزمایشگاهی عملکرد یک آب‌شیرین‌کن خورشیدی شیب‌دار بهبودیافته. مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 1401، د. 52، ش. 3، ص 246-237.
  • Amiri H. Enhancing the stepped solar still performance using a built-in passive condenser. Solar Energy. 2022;248:88-102.
  • Duffie JA, Beckman WA. Solar engineering of thermal processes: John Wiley & Sons; 2013.
  • Nellis G, Klein S. Heat Transfer: Cambridge University Press; 2008.
  • Kumar S, Tiwari GN. Estimation of convective mass transfer in solar distillation systems. Solar Energy. 1996;57(6):459-64.
  • Dunkle R, editor Solar water distillation: the roof type still and a multiple effect diffusion still. Proc International Heat Transfer Conference, University of Colorado, USA; 1961.
  • Çengel YA, Boles MA. Thermodynamics: An Engineering Approach: McGraw-Hill; 2002.
  • Tsilingiris P. Thermophysical and transport properties of humid air at temperature range between 0 and 100 C. Energy Conversion and Management. 2008;49(5):1098-110.
  • [Available from: https://www.timeanddate.com/weather/iran/kerman/historic?month=6&year=2021.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار