طراحی، ساخت و مدل‌سازی یک آب‌شیرین‌کن حوضچه‌ای خورشیدی جدید و بررسی عملکرد آن

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

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

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته

3 استادیار، پژوهشکده مواد و انرژی، کرج، ایران

4 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، ایران

چکیده

در این تحقیق یک آب‌شیرین‌کن جدید با عنوان آب‌شیرین‌کن حوضچه خورشیدی با متمرکز کننده سهموی خطی طراحی و ساخته‌شده است. این آب‌شیرین‌کن از یک کلکتور سهموی خطی که تابش را به زیر (کف) حوضچه خورشیدی متمرکز می‌کند و یک حوضچه خورشیدی که در خط تمرکز کلکتور قرارگرفته، تشکیل‌شده است. عملکرد آب‌شیرین‌کن در شرایط واقعی موردبررسی قرارگرفته و اثر اضافه کردن سیم‌های استیل (اسفنج‌های سیمی) به آب درون حوضچه و استفاده از سایبان بر روی فین‌های کندانسور بر عملکرد دستگاه مورد آزمایش قرارگرفته است. نتایج به‌دست‌آمده نشان داد که استفاده از سیم‌های استیل و سایبان باعث بهبود عملکرد دستگاه به ترتیب به میزان 7/17 درصد و 3/6 درصد می‌شود. به‌منظور تخمین کارایی آب‌شیرین‌کن در شرایط مختلف، یک مدل حرارتی برای آب‌شیرین‌کن توسعه داده‌شده و معادلات حاکم در نرم‌افزار متلب پیاده‌سازی و حل‌شده‌اند. با استفاده از این مدل تغییرات دمای آب، دمای صفحه جاذب و میزان آب تولیدی در طول روز تخمین زده‌شده و با داده‌های تجربی آب‌شیرین‌کن مقایسه شده است. نتایج نشان می‌دهند که همخوانی خوبی بین نتایج تجربی و نتایج مدل حرارتی وجود دارد (متوسط خطا در تخمین همه متغیرها کمتر از 6). نهایتاً با استفاده از این مدل رفتار دستگاه در روزهای منتخب فصول مختلف مورد ارزیابی قرارگرفته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Kalogirou SA (2005) Seawater desalination using renewable energy sources. Prog Energy Combust Sci 31(3): 242-281.

[2]  Najafi G, Ghobadian B, Mamat R, Yusaf T, Azmi WH (2015) Solar energy in Iran: Current state and outlook. Renewable Sustainable Energy Rev 49: 931-942.

[3]  Desalination From Wikipedia, Accessed; https://en.wikipedia.org/wiki/Desalination#cite_note-5.

[4]  Sampathkumar K, Arjunan TV, Pitchandi P, Senthilkumar P (2010) Active solar distillation-A detailed review. Renewable Sustainable Energy Rev 14(6): 1503-1526.

[5]  Shatat M, Worall M, Riffat S (2013) Opportunities for solar water desalination worldwide: Review. Sustain Cities Soc 9: 67-80.

[6]  Zhang Y, Sivakumar M, Yang S, Enever K, Ramezanianpour M (2018) Application of solar energy in water treatment processes: A review. Desalination 428: 116-145.

[7]  Kalidasa Murugavel K, Chockalingam KKSK, Srithar K (2008) Progresses in improving the effectiveness of the single basin passive solar still. Desalination 220(1-3): 677-686.

[8]  Rajaseenivasan T, Murugavel KK, Elango T, Hansen RS (2013) A review of different methods to enhance the productivity of the multi-effect solar still. Renewable Sustainable Energy Rev 17: 248-259.

[9]  Muthu Manokar A, Kalidasa Murugavel K, Esakkimuthu G (2014) Different parameters affecting the rate of evaporation and condensation on passive solar still - A review. Renewable Sustainable Energy Rev 38: 309-322.

[10] Somwanshi A, Tiwari AK (2014) Performance enhancement of a single basin solar still with flow of water from an air cooler on the cover. Desalination 352: 92-102.

[11] El-Sebaii A (2000) Effect of wind speed on some designs of solar stills. Energy Convers Manage 41(6): 523-538.

[12] Esfahani JA, Rahbar N, Lavvaf M (2011) Utilization of thermoelectric cooling in a portable active solar still—an experimental study on winter days. Desalination 269(1-3): 198-205.

[13] Omara ZM, Abdullah AS, Kabeel AE, Essa FA (2017) The cooling techniques of the solar stills' glass covers – A review. Renewable Sustainable Energy Rev 78: 176-193.

[14] Shanmugan S, Rajamohan P, Mutharasu D (2008) Performance study on an acrylic mirror boosted solar distillation unit utilizing seawater., Desalination 230(1-3): 281-287.

[15] Nassar YF, Yousif SA, Salem AA (2007) The second generation of the solar desalination systems. Desalination 209(1-3): 177-181,

[16] Omara Z, Kabeel A, Younes M (2013) Enhancing the stepped solar still performance using internal reflectors. Desalination 314: 67-72.

[17] Tiwari AK, Tiwari G (2007) Thermal modeling based on solar fraction and experimental study of the annual and seasonal performance of a single slope passive solar still: the effect of water depths. Desalination 207(1-3): 184-204.

[18] Hamadou OA, Abdellatif K (2014) Modeling an active solar still for sea water desalination process optimization. Desalination 354: 1-8.

[19] Hansen RS, Narayanan CS, Murugavel KK (2015) Performance analysis on inclined solar still with different new wick materials and wire mesh. Desalination 358: 1-8.

[20] Shukla S, Sorayan V (2005) Thermal modeling of solar stills: an experimental validation. Renew Energy 30(5): 683-699.

[21] Velmurugan V, Gopalakrishnan M, Raghu R, Srithar K (2008) Single basin solar still with fin for enhancing productivity. Energy Convers Manage 49(10): 2602-2608.

[22] Alaian W, Elnegiry E, Hamed AM (2016) Experimental investigation on the performance of solar still augmented with pin-finned wick. Desalination 379: 10-15.

[23] Khalifa AJN, Ibrahim HA (2010) Effect of inclination of the external reflector of simple solar still in winter: An experimental investigation for different cover angles. Desalination 264(1): 129-133.

[24] Malaeb L, Aboughali K, Ayoub GM (2016) Modeling of a modified solar still system with enhanced productivity. Sol Energy 125: 360-372.

[25] Abdel-Rehim ZS, Lasheen A (2007) Experimental and theoretical study of a solar desalination system located in Cairo, Egypt. Desalination 217(1-3): 52-64,.

[26] Tiwari GN, Suneja S (1998) Performance evaluation of an inverted absorber solar still. Energy Convers Manage 39(3-4): 173-180.

[27] Tiwari GN, Dimri V, Singh U, Chel A, Sarkar B (2007) Comparative thermal performance evaluation of an active solar distillation system. Int J Energy Res 31(15): 1465-1482.

[28] Çengel YA, Boles MA (2002) Thermodynamics: An engineering approach. McGraw-Hill.

[29] Jafari S, Javaran EJ (2012) An optimum slope angle for solar collector systems in kerman using a new model for diffuse solar radiation. Energy sourc A, Recovery util environ effects 34(9): 799-809.

[30] Duffie JA, Beckman WA (2013) Solar engineering of thermal processes. John Wiley & Sons.