بررسی عددی تأثیر شکل هندسی جاذب یک دستگاه آب شیرین کن خورشیدی تک شیب

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

مقاله 1، دوره 36، شماره 4 - شماره پیاپی 38، دی 1403، صفحه 1-20   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jacsm.2024.83738.1195

نویسندگان

ولی کلانتر^* ؛ مهدی عباسی

گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد.

چکیده

امروزه استفاده از آب شیرین‌کن‌های خورشیدی برای تولید آب شیرین بیش از قبل، قابل اهمیت شده و توجه افراد و صنایع زیادی به این سیستم خورشیدی جلب شده است. از حدود ۲۲ میلیون مترمکعب آب شیرین تولید شده روزانه، کمتر از 1 درصد آن با استفاده از انرژی خورشیدی تولید می‌شود. تولید آب شیرین و خالص با استفاده از روش‌های رایج مانند نمک زدایی و اسمز معکوس انرژی بر می‌باشد و این روش‌ها به سوخت‌های فسیلی متکی می‌باشند اما استفاده از آب شیرین‌کن خورشیدی نه تنها کم هزینه و اقتصادی می‌باشد بلکه نیاز به سوخت فسیلی ندارد و منابع انرژی را حفظ می‌کند. در این پژوهش جاذب یک آب شیرین کن خورشیدی تک شیب در یازده هندسه متفاوت با شرایط یکسان مورد ارزیابی عدد قرار گرفت. هدف از انجام این پژوهش یافتن بهترین حالت برای طراحی صفحه جاذب در آب شیرین کن خورشیدی است. نتیجه نشان داد بهترین حالت برای ساخت یک آب شیرین‌کن خورشیدی ساده حالت (C) می‌باشد، در این حالت دمای جاذب با توجه به شدت تابش خورشیدی 750 وات بر مترمربع به349 کلوین می‌رسد و مقدار اب تقطیر شده نسبت به سایر حالات بیشتر می باشد، و بعد از آن هندسه(b) دارای بهترین عملکرد می باشد.

کلیدواژه‌ها

آب شیرین کن خورشیدی؛ شکل جاذب؛ انرژی خورشیدی؛ انتقال حرارت جابجایی؛ انتقال حرارت تشعشعی

مراجع

[1] E. Jahanshahi, A. Hosseinkhani, and S. M. H. Moahmmadi, "Manufacturing and simulation of a solar humidification-dehumidification desalination system," Modares Mechanical Engineering, vol. 16, no. 12, pp. 239-248, 2017.

[2] H. M. Qiblawey, and F. Banat, "Solar thermal desalination technologies," Desalination, vol. 220, no. 1-3, pp. 633-644, 2008. https://doi.org/10.1016/j.desal.2007.01.059

[3] N. Rahbar, and J. A. Esfahani, "Productivity estimation of a single-slope solar still: Theoretical and numerical analysis," Energy, vol. 49, pp. 289-297, 2013. https://doi.org/10.1016/j.energy.2012.10.023

[4] C. Sonawane, A. J. Alrubaie, H. Panchal, A. J. Chamkha, M. M. Jaber, A. D. Oza, S. Zahmatkesh, D. D. Burduhos-Nergis, and D. P. Burduhos-Nergis, "Investigation on the impact of different absorber materials in solar still using CFD simulation—economic and environmental analysis," Water, vol. 14, no. 19, pp. 3031, 2022. https://doi.org/10.3390/w14193031

[5] M. A. Almeshaal, and C. Maatki, "Numerical study of inclination effect of the floating solar still fitted with a baffle in 3D double diffusive natural convection," Processes, vol. 10, no. 8, pp. 1607, 2022. https://doi.org/10.3390/pr10081607

[6] G. Mittal, "An unsteady CFD modelling of a single slope solar still," Materials Today: Proceedings, vol. 46, pp. 10991-10995, 2021. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.02.090

[7] O. Prakash, A. Ahmad, A. Kumar, S. M. Hasnain, and G. Kumar, "Comprehensive analysis of design software application in solar distillation units," Materials Science for Energy Technologies, vol. 5, pp. 171-180, 2022. https://doi.org/10.1016/j.mset.2022.01.005

[8] M. Keshtkar, M. Eslami, and K. Jafarpur, "A novel procedure for transient CFD modeling of basin solar stills: Coupling of species and energy equations," Desalination, vol. 481, pp. 114350, 2020. https://doi.org/10.1016/j.desal.2020.114350

[9] S. El-Sebaey, M. Ellman, A. Hegazy, and T. Ghonim, "Experimental analysis and CFD modeling for conventional basin-type solar still," Energies, vol. 13, no. 21, pp. 5734, 2020. https://doi.org/10.3390/en13215734

[10] S. K. Suraparaju, R. Dhanusuraman, and S. K. Natarajan, "Performance evaluation of single slope solar still with novel pond fibres," Process Safety and Environmental Protection, vol. 154, pp. 142-154, 2021. https://doi.org/10.1016/j.psep.2021.08.011

[11] A. K. Singh, D. B. Singh, V. K. Dwivedi, G. N. Tiwari, and A. Gupta, "Water purification using solar still with/without nano-fluid: a review," Materials Today: Proceedings, vol. 21, pp. 1700-1706, 2020. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.12.025

[12] E. Radomska, Ł. Mika, K. Sztekler, W. Kalawa, Ł. Lis, K. Pielichowska, M. Szumera, and P. Rutkowski, "Experimental and theoretical investigation of single-slope passive solar still with phase-change materials," Energies, vol. 16, no. 3, pp. 1188, 2023. https://doi.org/10.3390/en16031188

[13] K. Athamena, J. F. Sini, J. M. Rosant, and J. Guilhot, "Numerical coupling model to compute the microclimate parameters inside a street canyon: Part I: methodology and experimental validation of surface temperature," Solar Energy, vol. 174, pp. 1237-1251, 2018. https://doi.org/10.1016/j.solener.2018.04.059

[14] M. Jahanpanah, S. J. Sadatinejad, A. Kasaeian, M. H. Jahangir, and H. Sarrafha, "Experimental investigation of the effects of low-temperature phase change material on single-slope solar still," Desalination, vol. 499, pp. 114799, 2021. https://doi.org/10.1016/j.desal.2020.114799

[15] S. Kumar, and O. Prakash, "Improving the single-slope solar still performance using solar air heater with phase change materials," Energies, vol. 15, no. 21, pp. 8013, 2022. https://doi.org/10.3390/en15218013

[16] W. H. Alawee, A. S. Abdullah, S. A. Mohammed, A. Majdi, Z. M. Omara, and M. M. Younes, "Testing a single slope solar still with copper heating coil, external condenser, and phase change material," Journal of Energy Storage, vol. 56, pp. 106030, 2022. https://doi.org/10.1016/j.est.2022.106030

[17] V. P. Katekar, and S. S. Deshmukh, "A review of the use of phase change materials on performance of solar stills," Journal of Energy Storage, vol. 30, pp. 101398, 2020. https://doi.org/10.1016/j.est.2020.101398

[18] W. I. Aly, M. A. Tolba, and M. Abdelmagied, "Experimental investigation and performance evaluation of an oval tubular solar still with phase change material," Applied Thermal Engineering, vol. 221, pp. 119628, 2023. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2022.119628

[19] S. Shoeibi, N. Rahbar, A. A. Esfahlani, and H. Kargarsharifabad, "Energy matrices, exergoeconomic and enviroeconomic analysis of air-cooled and water-cooled solar still: Experimental investigation and numerical simulation," Renewable Energy, vol. 171, pp. 227-244, 2021. https://doi.org/10.1016/j.renene.2021.02.081

[20] S. Kumar, A. Dubey, and G. N. Tiwari, "A solar still augmented with an evacuated tube collector in forced mode," Desalination, vol. 347, pp. 15-24, 2014. https://doi.org/10.1016/j.desal.2014.05.019