توصيفگر ها :
جاذب سطحي , استحصال آب , چگالش , متمركزكننده خورشيدي , تابش
چكيده فارسي :
يكي از بحران‌هايي كه بشر با آن مواجه است، كمبود آب آشاميدني است كه موجب روي آوردن دولت‌ها به انتقال آب از مناطق ديگر و شيرين‌سازي آب شده است. اما هزينه انتقال آب به مناطقي دور افتاده بسيار زياد است لذا منابع جايگزيني براي تامين آب معرفي شده است كه يكي از آن‌ها رطوبت هوا است. استحصال آب از هوا با كمك روش جذب مه و روش مبتني بر تبريد، مي‌تواند انجام گيرد. با اين حال، در اين دو روش دماي مخلوط گازي هوا/بخار آب موجود در اتمسفر بايد تا زير دماي نقطه شبنم كاهش يابد تا آب مايع استحصال شود. اما در سامانه‌هاي استحصال آب اتمسفري مبتني بر جذب سطحي نيازي به كاهش دما تا زير دماي نقطه شبنم نيست. كمك جاذب‌هاي سطحي مانند ام‌او‌اف 801، سيليكا ژل و زئوليت در اين سامانه‌ها، بخار آب در دمايي بالاتر از دماي نقطه شبنم، جذب مي‌شوند. سپس با اعمال شار حرارتي بخار آب از جاذب سطحي آزاد شده و چگالش مي‌گردد تا آب مايع استحصال شود. در اين سامانه‌ها مي‌توان از تابش خورشيد يا لامپ‌هاي حرارتي به عنوان منبع حرارتي براي آزادسازي بخار آب استفاده كرد. هر چقدر كه برتابش ورودي بر سطح جاذب سطحي شدت بالاتري داشته باشد و دماي جاذب سطحي بيشتر افزايش يابد، نرخ آزادسازي بخار آب بيشتر شده و در نتيجه مي‌توان جرم معيني از مايع را در زمان كوتاه‌تري، استحصال كرد. بنابراين در پروژه حاضر تلاش شده تا با استفاده از متمركزكننده خورشيدي، دماي جاذب سطحي و در پي آن نرخ آزادسازي بخار آب را افزايش داد. متمركزكننده خورشيدي در پروژه حاضر، يك آينه مقعر پارابوليك و دو آينه تخت در جانبين است. استحصال آب در اين سامانه متشكل از فرايندهاي تابش، آزادسازي و چگالش است. در اين پروژه، فرايند تابش و فرايندهاي آزادسازي و چگالش به صورت جداگانه توسط نرم‌افزار فلوئنت شبيه‌سازي شده‌اند. از آنجا كه شبيه‌سازي نيازمند مدل صحه‌گذاري شده است، ابتدا فرايندهاي تابش، آزادسازي و چگالش در مدل ال-علي و همكاران، شبيه‌سازي شده است. در اين مدل با كمك لامپ حرارتي، تابشي با شدت 529 وات بر متر مربع بر جاذب سطحي از جنس گرانول سيليكاژل نارنجي، اعمال شده است. با شبيه‌سازي تابش و مقايسه دماي جاذب سطحي بدست آمده در آزمايش ال-علي، شبيه‌سازي تابش، صحه‌گذاري شده است. در اين مدل از روش مختصات گسسته با در نظر گرفتن سطوح غيرخاكستري به منظور شبيه‌سازي تابش استفاده شده است. از اين مدل استفاده شده تا دماي جاذب سطحي در مدل جديد همراه متمركزكننده نيز بدست آيد. از اين شبيه‌سازي به عنوان تابع هدف براي بهينه‌سازي متمركزكننده خورشيدي استفاده شده است تا ابعادي براي متمكزكننده خورشيدي بدست آيد كه در آن دماي جاذب سطحي بيشينه شود. سپس با كمك دماي جاذب سطحي، نرخ آزادسازي بخار آب بدست آمده و فرايندهاي آزادسازي و چگالش در مدل ال-علي شبيه‌سازي شده تا با مقايسه جرم آب مايع چگالش شده، شبيه‌سازي چگالش صحه‌گذاري گردد. در شبيه‌سازي چگالش، از مدل حجم سيال استفاده شده است. با شبيه‌سازي چگالش در مدل جديد به كمك مدل صحه‌گذاري شده، نرخ چگالش بدست آمده است. نتايج نشان مي‌دهد كه در مدل جديد همراه متمركزكننده، نرخ چگالش تا 43 درصد افزايش يافته و زمان لازم براي استحصال 286 گرم آب مايع، 62 درصد كاهش يافته است.
چكيده انگليسي :
One adversity mankind is currently facing, is scarcity of drinkable water resources; which has compelled the governments to transfer water from other regions and to desalination of sea water. But transfering water to more remote regions exacts a heavy cost, therefore alternate methods have been proposed to provide the necessary water resources, one of them being atmospheric water. Water can be harvested from the air using Fog collecting and Refrigeration-based methods, but for that to be effective temperature of water/vapor mixture in the atmosphere must decrease till below dew point so that liquid water can be harvested. But in adsorption-based atmospheric water harvesting systems, there is no requirement to decrease the temperature below dew point; by utilizing adsorbent material like MOF 801, silica gel and zeolite in these systems, water can be harvested at a temperature above dew point. Afterwards with a heat source, water vapor is released from adsorbent and is condensed so that liquid water can be attained. Sun radiation and heat lamps can used as heat sources, in these systems, to release water vapor. The more intense the radiation on adsorbent and the more it's temperature increases, the release rate for water vapor will also increase and therefore similar mass of water can be harvested in a shorter span of time. It is in regards to this fact that this project has attempted to increase the temperature of adsorbent and, as a result, the release rate for water vapor, by taking advantage of a solar concentrator. This solar concentrator is consisted of a single parabolic concave mirror and two flat mirrors on the sides. In this system, water is attained through radiation, re-evaporation and condensation processes, which have each been simulated, separately, by FLUENT. Since simulation requires validated models, the aforementioned processes have been simulated using the model provided by Al-Ali et al. In this model a radiation with the intensity of 529 w/m2 has been exerted upon adsorbent layer made of orange silica gel. Through simulating the radiation and comparing it's results with those of Al-Ali's research, the simulation is validated. This model utilizes discrete ordinated method while considering none-gray material for the purpose of simulating radiation. This model is used to achieve the temperature of the adsorbent layer and with comparing results with Al-Ali's experiment, the radiation model has been validated. This validated model used in the new model's simulation in order to obtain temperature of adsorbent. This simulation forms the basis of objective function for optimizing the solar concentrator, which attempts to achieve the dimensions in which the temperature of adsorbent is maximized. Afterwards, the release rate for water vapor is calculated by the help of adsorbent's temperature, and the re-evaporation and condensation processes are simulated in Al-Ali's model so that with comparing the results with the mass of condensed water, the simulation can be validated. Condensation simulation is done by volume of fluid model. Condensation rate has been calculated by this simulation using the new model, and with the help of the validated model. The results indicate that in the new model, using a condenser, the condensation rate has increased by 43%, while also the time necessary to harvest 286g of liquid water has been reduced by 62%.
