طراحی و بهینه‌سازی یکپارچه آب‌شیرین‌کن خورشیدی با ذخیره‌سازی انرژی گرمایی به کمک مواد تغییر فاز دهنده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

2 استاد، گروه مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

در این مطالعه از یک مدل ریاضی گذرا برای شبیه‌سازی یک آب‌شیرین‌کن حوضچه‌ای منفعل خورشیدی همراه با مواد تغییر فاز دهنده (PCM) در قسمت پایینی حوضچه استفاده شده است. به‌منظور تخمین آب شیرین تولیدی در یک سال، از میانگین آب تولیدی نیمه مرداد و  بهمن در تهران به‌عنوان روزهای نمونه تابستانی و زمستانی استفاده شده است. نتایج بهینه سای به کمک الگوریتم ژنتیک نشان می­دهد که هر چه جرم آب شور در داخل آب‌شیرین‌کن کمتر باشد، مقدار آب شیرین تولیدی بیشتر خواهد بود. یک ماده تغییر فاز دهنده از نوع هیدرات نمک با رسانایی گرمایی و چگالی نسبتاً بالاتری از مابقی نمونه ها، به‌عنوان ماده تغییر فازدهنده بهینه انتخاب شد. دمای نقطه ذوب این نوع PCM مقدار 58 درجه سلسیوس است که نزدیک به بیشینه دمای است که آب شور در تابستان به آن می رسد. جرم آب، جرم ماده تغییر فازدهنده و ضخامت شیشه به­ترتیب 20 ، 14/3 کیلوگرم و 2/15 میلی­متر انتخاب می­شود. مقدار آب شیرین تولیدی سالانه بیشینه در حالت بهینه مقدار 1632 کیلوگرم به­ازای هر متر مربع از آب شیرین کن به­دست آمد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]     Voropoulos K., Mathioulakis E., and Belessiotis V., Experimental investigation of the behavior of a solar still coupled with hot water storage tank,  Desalination, vol.156, pp.315 – 322, 2003.
[2]     Velmurugan V., Gopalakrishnan M., Raghu R., and Srithar K.,Single basin solar still with fin for enhancing productivity, Energy Conversion and Management, vol.49, pp.2602 – 2608, 2008.
[3]     El-Sebaii A. A., Ramadan M. R. I., Aboul-Enein S., and N. Salem, Thermal performance of a single-basin solar still integrated with a shallow solar pond, Energy Conversion and Management, Vol.49, pp.2839 – 2848, 2008.
[4]     El-Sebaii A. A., Yaghmour S. J., Al-Hazmi F. S., Faidah A. S., Al-Marzouki F. M., and Al-Ghamdi A. A., Active single basin solar still with a sensible storage medium, Desalination, Vol.249, pp.699 – 706, 2009.
[5]     Abdallah S., Abu-Khader M. M., and Badran O., Effect of various absorbing materials on the thermal performance of solar stills, Desalination, Vol.242, pp.128 – 137, 2009.
[6]     Velmurugan V. and Srithar K., Performance analysis of solar stills based on various factors affecting the productivity—a review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol.15, pp.1294 – 1304, 2011.
[7]     Khalifa A. N., Evaluation and energy balance study of a solar still with an internal condenser, Solar Energy Research, Vol.3, pp.1 – 11, 1985.
[8]     Ahmed S. T., Study of single-effect solar still with an internal condenser, Solar & Wind Technology, Vol.5, pp.637 – 643, 1988.
[9]     Tamimi A., Performance of a Solar Still with Reflectors and Black Dye, International Journal of Solar Energy, Vol.5, pp.229 – 235, 1987.
[10] Sodha M. S., Nayak J. K., Tiwari G. N., and Kumar A., Double basin solar still, Energy Conversion and Management, Vol.20, pp.23 – 32, 1980.
[11] Okeke C. E., Egarievwe S. U., and Animalu A. O. E., Effects of coal and charcoal on solar-still performance, Energy, Vol.15, pp.1071 – 1073, 1990.
[12] Alsaad M. A., A sub-atmospheric solar distillation unit, International Journal of Solar Energy, Vol.5, pp.129 – 141, 1987.
[13] Yeh H., Ten L., and Chen L.,Basin type solar distillers with reduced pressure for improved performance, Energy, Vol.10, pp.683 – 688, 1985.
[14] Tiwari G. N., and Bapeshwara Rao V. S. V., Transient performance of a single basin solar still with water flowing over the glass cover, Desalination, Vol.49, pp.231 – 241, 1984.
[15] Ali H. M., Experimental study on air motion effect inside the solar still on still performance, Energy Conversion and Management, Vol.32, pp.67 – 70, 1991.
[16] Kabeel A., Omara Z., and Younes M.,Techniques used to improve the performance of the stepped solar still a review,Renewableand Sustainable Energy Reviews, Vol.46, pp.178 – 188, 2015.
[17] Elango C., Gunasekaran N., and Sampathkumar K., Thermal models of solar still a comprehensive review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol.47, pp.856 – 911, 2015.
[18] Rajasekhara G., Eswaramoorthy M., Performance Evaluation on Solar Still Integrated with Nano Composite Phase Change Materials, Applied Solar Energy, Vol. 51, pp. 15–21, 2015.
[19] El-Sebaii A. A., Al-Ghamdi A. A., Al-Hazmi F. S., and Faidah A. S., Thermal performance of a single basin solar still with PCM as a storage medium, Applied Energy, Vol.86, pp.1187 – 1195, 2009.
[20] Morad M. M., El-Maghawry H. A. M., and Wasfy K. I., Improving the double slope solar still performance by using flat-plate solar collector and cooling glass cover,” Desalination, Vol.373, pp.1 – 9, 2015.
[21] Ansari O., Asbik M., Bah A., Arbaoui A., and Khmou A., Desalination of the brackish water using a passive solar still with a heat energy storage system,” Desalination, Vol.324, pp.10 – 20, 2013.
[22] www.pcmproducts.net
[23] Gaur M. K., and Tiwari G. N., Optimization of number of collectors for integrated PV/T hybrid active solar still,” Applied Energy, Vol.87, pp.1763 – 1772, 2010.