مدلسازی عددی آب‌شیرین‌کن جذب سطحی و بررسی تاثیر طول لوله اواپراتور بر میزان تولید آب‌شیرین

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجو دکتری، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

2 استاد، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

چکیده

سیستم آبشیرین کن جذب سطحی از گرمای درحال هدر رفتن با سطح دمای پایین که در منابع انرژی تجدیدپذیر وجود دارد استفاده می‌کند. یک مدل عددی سه بعدی وابسته به زمان برای مدلسازی انتقال حرارت و جرم در بستر ماده جاذب جفت سیلیکاژل-آب توسعه داده شده و با نتایج تجربی اعتبارسنجی شده است. یکی از اجزای اصلی آبشیرین‌کن جذب سطحی اواپراتور است و در این مطالعه تاثیر ابعاد لوله اواپراتور که یک مبدل پوسته-لوله است بر نرخ کارآیی و آب تولیدی روزانه مخصوص (SDWP) به صورت عددی بررسی شده است. با توجه به نتایج بدست آمده از مدلسازی مشاهده شد نرخ کارآیی با افزایش زمان سیکل افزایش می‌یابد و به مقدار 66/0 میل می‌کند و نرخ این افزایش در طول لوله بزرگتر، کمتر است. مقدار SDWPبرای هر ابعاد اواپراتور دارای یک مقدار بهینه نسبت به زمان سیکل است که این مقدار ماکزیمم، با افزایش ابعاد اواپراتور افزایش می‌یابد. تاثیر افزایش طول لوله اواپراتور با افزایش طول لوله کاهش می‌یابد و مقدار بهینه با توجه به هزینه و فضای دردسترس انتخاب می‌شود. در نمونه مورد بررسی، مقدار SDWP با افزایش طول لوله اواپراتور از 2متر به 4متر 11% افزایش می‌یابد در حالی که افزایش از 4متر به 8متر تنها 6% در مقدار آب تولیدی تاثیر دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Eltawil MA, Zhengming Z, Yuan L (2009) A review of renewable energy technologies integrated with desalination systems. Renew. Sustain. Energy Rev. 13(9):2245-2262.
[2] Zheng H (2017) Chapter 8 - Absorption and Adsorption Solar Desalination System. In: Solar Energy Desalination Technology. edn. Edited by Zheng H. Amsterdam: Elsevier: 623-670.
[3] Tokarev MM, Gordeeva LG, Grekova AD, Aristov YI (2018) Adsorption cycle “heat from coldâ€‌ for upgrading the ambient heat: The testing a lab-scale prototype with the composite sorbent CaClBr/silica. Appl. Energy 211:136-145.
[4] Kim Y-D, Thu K, Masry ME, Ng KC (2014) Water quality assessment of solar-assisted adsorption desalination cycle. Desalination 344:144-151.
[5] Youssef PG, Mahmoud SM, Al-Dadah RK (2015) Performance analysis of four bed adsorption water desalination/refrigeration system, comparison of AQSOA-Z02 to silica-gel. Desalination 375:100-107.
[6] Youssef PG, Dakkama H, Mahmoud SM, Al-Dadah RK (2017) Experimental investigation of adsorption water desalination/cooling system using CPO-27Ni MOF. Desalination 404:192-199.
[7] Sadeghlu A, Yari M, Beidaghy Dizaji H (2015) Simulation study of a combined adsorption refrigeration system. Appl. Therm. Eng. 87:185-199.
[8] Sadri S, Ameri M, Haghighi Khoshkhoo R (2018) A new approach to thermo-economic modeling of adsorption desalination system. Desalination 428:69-75.
[9] Ng KC, Thu K, Saha BB, Chakraborty A (2012) Study on a waste heat-driven adsorption cooling cum desalination cycle. Int J Refrig 35(3):685-693.
[10] Wang X, Chua HT (2007) Two bed silica gel–water adsorption chillers: An effectual lumped parameter model. Int J Refrig 30(8):1417-1426.
[11] Sadeghlu A, Yari M, Mahmoudi SMS, Dizaji HB (2014) Performance evaluation of Zeolite 13X/CaCl2 two-bed adsorption refrigeration system. Int. J. Therm. Sci. 80:76-82.
[12] Wu JW, Biggs MJ, Pendleton P, Badalyan A, Hu EJ (2012) Experimental implementation and validation of thermodynamic cycles of adsorption-based desalination. Appl. Energy 98:190-197.
[13] Leong KC, Liu Y (2004) Numerical study of a combined heat and mass recovery adsorption cooling cycle. Int. J. Heat Mass Transf. 47(22):4761-4770.
[14] Chua HT, Ng KC, Wang W, Yap C, Wang XL (2004) Transient modeling of a two-bed silica gel–water adsorption chiller. Int. J. Heat Mass Transf. 47(4):659-669.
[15] Riffel DB, Wittstadt U, Schmidt FP, Nأ؛أ±ez T, Belo FA, Leite APF, Ziegler F (2010) Transient modeling of an adsorber using finned-tube heat exchanger. Int. J. Heat Mass Transf. 53(7):1473-1482.
[16] Mohammadzadeh Kowsari M, Niazmand H, Tokarev MM (2018) Bed configuration effects on the finned flat-tube adsorption heat exchanger performance: Numerical modeling and experimental validation. Appl. Energy 213:540-554.
[17] Mahdavikhah M, Niazmand H (2013) Effects of plate finned heat exchanger parameters on the adsorption chiller performance. Appl. Therm. Eng. 50(1):939-949.
[18] Elsheniti MB, Hassab MA, Attia A-E (2019) Examination of effects of operating and geometric parameters on the performance of a two-bed adsorption chiller. Appl. Therm. Eng. 146:674-687.
[19] Niazmand H, Dabzadeh I (2012) Numerical simulation of heat and mass transfer in adsorbent beds with annular fins. Int J Refrig 35(3):581-593.
[20] Zhang LZ, Wang L (1999) Effects of coupled heat and mass transfers in adsorbent on the performance of a waste heat adsorption cooling unit. Appl. Therm. Eng. 19(2):195-215.
[21] Yang P-z (2009) Heat and mass transfer in adsorbent bed with consideration of non-equilibrium adsorption. Appl. Therm. Eng. 29(14):3198-3203.
[22] Zhang LZ (2000) A three-dimensional non-equilibrium model for an intermittent adsorption cooling system. Sol Energy 69(1):27-35.
[23] Poyelle F, Guilleminot J, Meunier F: Experimental tests and predictive model of an adsorptive air conditioning unit. Ind Eng Chem Res , 19, 99. 38(1):298-309
[24] Mhimid A (1998) Theoretical study of heat and mass transfer in a zeolite bed during water desorption: validity of local thermal equilibrium assumption. Int. J. Heat Mass Transf. 41(19):2967-2977.
[25] El-Sharkawy II (2011) On the linear driving force approximation for adsorption cooling applications. Int J Refrig 34(3):667-673.
[26] Saha B, Chakraborty A, Koyama S, Aristov Y (2009) A new generation cooling device employing CaCl2-in-silica gel-water system. Int. J. Heat Mass Transf. 52(1-2):516-524.
[27] Miyazaki T, Akisawa A, Saha BB, El-Sharkawy II, Chakraborty A (2009) A new cycle time allocation for enhancing the performance of two-bed adsorption chillers. Int J Refrig 32(5):846-853.
[28] Wang DC, Xia ZZ, Wu JY, Wang RZ, Zhai H, Dou WD (2005) Study of a novel silica gel–water adsorption chiller. Part I. Design and performance prediction. Int J Refrig 28(7):1073-1083.
[29] Ali ES, Askalany AA, Harby K, Diab MR, Alsaman AS (2018) Adsorption desalination-cooling system employing copper sulfate driven by low grade heat sources. Appl. Therm. Eng. 136:169-176.
 
[30] Alsaman AS, Askalany AA, Harby K, Ahmed MS (2017) Performance evaluation of a solar-driven adsorption desalination-cooling system. Energy 128:196-207.
[31] Ng KC, Thu K, Kim Y, Chakraborty A, Amy G (2013) Adsorption desalination: An emerging low-cost thermal desalination method. Desalination 308:161-179.
[32] Thu K, Saha BB, Chua KJ, Ng KC (2016) Performance investigation of a waste heat-driven 3-bed 2-evaporator adsorption cycle for cooling and desalination. Int. J. Heat Mass Transf. 101:1111-1122.
[33] Thimmaiah PC, Sharafian A, Rouhani M, Huttema W, Bahrami M (2017) Evaluation of low-pressure flooded evaporator performance for adsorption chillers. Energy 122:144-158.
[34] Han J, S. Fletcher L (1985) Falling film evaporation and boiling in circumferential and axial grooves on horizontal tubes, vol. 24.