حرارتی جاذب سامانۀ نمک‌زدایی سهموی خورشیدی با کانون نقطه ای به روش دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)

اشرفی ورکانی, جواد; گرجیان, شیوا; قبادیان, برات

doi:10.22092/amsr.2024.363901.1465

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشجوی کارشناسی ارشد؛ گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

² دانشیار؛ گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

³ استاد گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس

https://doi.org/10.22092/amsr.2024.363901.1465

چکیده

متمرکزکننده‌ها کارکردهای بسیاری دارند که یکی از آنها استفاده در فرآیند نمک‌زادیی از آب شور به روش تبخیر و تقطیر است. به دلیل وجود حرارت بالا در جاذب متمرکزکننده‌ها، این امکان فراهم می‌شود تا با طراحی یک سامانۀ مبدل حرارتی، زمینۀ تبخیر آب شور به وجود آید. در این پژوهش سعی شد تا به کمک روش دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) دو هندسه جاذب مارپیچی و استوانه‌ای بررسی شوند. برای این منظور، سیال عامل بر اساس ویژگیهای آب شور دریا در نرم‌افزار Fluent Ansys تعریف شد و ایجاد هندسه و تحلیل حرارتی بر اساس شرایط اولیه و مرزی سامانه در نظر گرفته شدند. با بررسی نتایج اعتبارسنجی کیفیت
شبکهبندی، شبکۀ بهینه در هر دو هندسه المان مربعی مربعی شکل بود. تحلیل حرارتی جاذب نشان داد که در هندسۀ استوانه‌ای، توزیع حرارتی در کف هندسه بیشتر است تا در سطح بالایی آن. نتایج تحلیل تغییرات عدد ناسلت، تمرکز تنش حرارتی را در مقطع خروجی سیال نشان دادند. با این همه، و برخلاف هندسۀ استوانه‌ای، توزیع حرارت در هندسۀ مارپیچ به طور یکنواخت، متقارن و بدون تمرکز تنش حرارتی بود. این تمرکز تنش در هندسۀ استوانه‌ای موجب می‌شود تا احتمال انتقال فرآیند تبخیر از داخل محفظه به لوله‌های انتقال به وجود آید. مقایسۀ نتایج تحلیل عددی رفتار حرارتی در دو هندسۀ جاذب نشان داد که مزیت هندسۀ مارپیچ در یکنواختی توزیع حرارت است که باعث افزایش بازده حرارتی در فرآیند نمک‌زدایی می‌شود. در مقابل، مزیت هندسۀ استوانه‌ای در طراحی ساده، جایگذاری آسان، عایق‌بندی سریع و استفاده از مواد قابل دسترس برای ساخت نسبت به هندسۀ مارپیچ است.

کلیدواژه‌ها

مراجع

Ashouri, M., Razi Astaraei, F., Ghasempour, R., Ahmadi, M. H., & Feidt, M. (2015). Thermodynamic and economic evaluation of a small-scale organic Rankine cycle integrated with a concentrating solar collector. International Journal of Low-Carbon Technologies, 12, 54-65. https://doi.org/10.1093/ijlct/ctv025.

Bellos, E., & Tzivanidis, C. (2017). Parametric analysis and optimization of an Organic Rankine Cycle with nanofluid based solar parabolic trough collectors. Renewable Energy, 114, 1376-1393. https://doi.org/10.1016/j.renene.2017.06.055.

Gorjian, Sh. (2013). Construction and evaluation of solar parabolic desalination device with point focus (Ph. D. Thesis), Tarbiat Modares University, Tehran, Iran. (in Persian)

Gorjian, S., & Ghobadian, B. (2015). Solar desalination: A sustainable solution to water crisis in Iran. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Elsevier, 48(C), 571-584.

Guderzi, M., Hoseinzadeh, M. (2014). Solar desalination, Opportunity for the world today. The First National Conference on New Technologies in Chemistry and Petrochemicals, April 14, Tehran, Iran. (in Persian)

Hipólito-Valencia, B. J., Mosqueda-Jiménez, F. W., Barajas-Fernández, J., & Ponce-Ortega, J. M. (2021). Incorporating a seawater desalination scheme in the optimal water use in agricultural activities. Agricultural Water Management, 244, 106552. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2020.106552.

Khan, M. S., Abid, M., Ali, H. M., Amber, K. P., Bashir, M. A., & Javed, S. (2019). Comparative performance assessment of solar dish assisted s-CO₂ Brayton cycle using nanofluids. Applied Thermal Engineering, 148, 295-306.

Mahmood, F., & Al-Ansari, T. A. (2021). Design and thermodynamic analysis of a solar powered greenhouse for arid climates. Desalination, 497, 114769. https://doi.org/10.1016/j.desal.2020.114769.

Mismi, H., Noorbakhsh, S., Haghi, H., & Zarnagarian, A. (2008). Investigating the use of solar-assisted hemp water desalination. The First Conference on Coping with Water Scarcity, Jan. 22, Tehran, Iran. (in Persian)

Muñoz, M., Gil, J. D., Roca, L., Rodríguez, F., & Berenguel, M. (2020). An IoT architecture for water resource management in agroindustrial environments: A case study in Almería (Spain). Sensors, 20(3), 596. https://doi.org/10.3390/s20030596.

Ramos, A., Chatzopoulou, M. A., Freeman, J., & Markides, C. N. (2018). Optimisation of a high-efficiency solar-driven organic Rankine cycle for applications in the built environment. Applied Energy, 228, 755-765. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.06.059.

Roca, L., Sánchez, J. A., Rodríguez, F., Bonilla, J., De la Calle, A., & Berenguel, M. (2016). Predictive control applied to a solar desalination plant connected to a greenhouse with daily variation of irrigation water demand. Energies, 9(3), 194. https://doi.org/10.3390/en9030194.

Stuber, M. D., Sullivan, C., Kirk, S. A., Farrand, J. A., Schillaci, P. V., Fojtasek, B. D., & Mandell, A. H. (2015). Pilot demonstration of concentrated solar-powered desalination of subsurface agricultural drainage water and other brackish groundwater sources. Desalination, 355, 186-196. https://doi.org/10.1016/j.desal.2014.10.037.

Weiner, A. M., Blum, D., Lienhard, V., & Ghoniem, A. (2015). Design of a hybrid RO-MED solar desalination system for treating agricultural drainage water in California. The International Desalination Association World Congress on Desalination and Water Reuse. Aug. 30- Sep. 4. San Diego, United States.

Yang, J., Li, J., Yang, Z., & Duan, Y. (2019). Thermodynamic analysis and optimization of a solar organic Rankine cycle operating with stable output. Energy Conversion and Management, 187, 459-471. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2019.03.021.

تحقیقات سامانه‌ها و مکانیزاسیون کشاورزی

حرارتی جاذب سامانۀ نمک‌زدایی سهموی خورشیدی با کانون نقطه ای به روش دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)

مراجع

مراجع

دوره 24، شماره 86 - شماره پیاپی 86
خرداد 1402
صفحه 1-20

حرارتی جاذب سامانۀ نمک‌زدایی سهموی خورشیدی با کانون نقطه ای به روش دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)

مراجع

مراجع

دوره 24، شماره 86 - شماره پیاپی 86خرداد 1402صفحه 1-20

دوره 24، شماره 86 - شماره پیاپی 86
خرداد 1402
صفحه 1-20