ارائه‌کننده: سید امید حقانی پیوندی

استاد راهنما: دکتر محمد مهدی هیهات

استاد مشاور: دکتر امید ماهیان

استاد ناظر داخلی اول: دکتر علی جعفریان

استاد ناظر داخلی دوم: دکتر فرزانه عربپور

استاد ناظر خارجی اول: دکتر سید فرشید چینی

استاد ناظر خارجی دوم: دکتر محمدعلی بیجارچی

تاریخ: 1405/04/10

ساعت: 14:30

مکان: دانشکده مهندسی مکانیک، طبقه 2، اتاق154

چکیده:

استفاده از المان‌های تبخیر خورشیدی بین سطحی به‌عنوان روشی پایدار، کم‌هزینه و دوستدار محیط زیست راهکاری نوین برای تولید آب شیرین از منابع آب شور به شمار می‌روند. با این حال نرخ تبخیر پایین و تجمع نمک بر روی مواد فوتوترمال در طول فرآیند تبخیر دو محدودیت کلیدی المان‌های تبخیر خورشیدی بین سطحی برای نمک‌زدایی آب شور هستند. در پژوهش حاضر با استفاده از دو پارامتر اصلاح در ساختار هندسی و تغییر در ترمودینامیک سطح عملکرد آرایه‌های تبخیر مختلف به صورت تجربی و عددی مورد بررسی قرار گرفته است.

در گام نخست برای دستیابی به نرخ تبخیر مناسب به بررسی عملکرد یک المان تبخیر خورشیدی بین‌سطحی استوانه‌ای توخالی در آب شیرین پرداخته شده است. ساختار استوانه‌ای توخالی با دیواره‌های آبدوست علاوه بر حفظ جریان سیال در سطح تبخیر، به‌طور مؤثر نور خورشید و تلفات حرارتی تابشی را جذب کرده و با بهره‌گیری از انرژی محیطی بخار خورشیدی را با بازدهی 21/111 درصد از آب شیرین تولید می‌کند. علاوه بر این نتایج نشان می‌دهد استفاده از جریان باد با سرعت 1متر بر ثانیه نرخ تولید بخار را 118 درصد نسبت به شرایط بدون وزش باد افزایش می‌دهد. نتایج شبیه‌سازی عددی که با حداکثر خطای 52/10 درصدی تطابق خوبی با داده‌های تجربی نشان می‌دهد مشخص می‌کند در جریان باد، دیواره‌های داخلی ساختار استوانه‌ای به دلیل ایجاد جریان گردابی و افزایش رطوبت نسبی نقش محدودتری در تولید بخار نسبت به دیواره‌های بیرونی دارند.

لذا با اصلاح ساختار المان تبخیر خورشیدی بین‌سطحی با الهام از ساختار بادگیرها و شکل بدن ماهی نرخ تولید بخار تحت جریان همرفتی در آب شیرین به ترتیب 34/24 و 86/60 درصد نسبت به ساختار استوانه‌ای توخالی با مقطع دایره‌ای افزایش یافت. همچنین نتایج شبیه‌سازی عددی نشان می‌دهد استفاده از آرایه‌های تبخیر با چینش مثلثی با دستیابی به نرخ تبخیر 88/4 کیلوگرم بر مترمربع-ساعت عملکرد مناسب‌تری نسبت به چینش مستطیلی دارد. به منظور حفظ پایداری عملکرد المان تبخیر سطحی در آب‌شور نیز، ساختار استوانه‌ای توخالی ژانوس (با دیواره‌های داخلی آبگریز و دیواره‌های خارجی آبدوست) معرفی شده و توانست با جلوگیری از تشکیل کریستال‌های نمک بر روی سطوح جاذب نور به نرخ تولید بخار متوسط 69/4 کیلوگرم بر مترمربع-ساعت دست یابد.

در ساختار الهام گرفته شده از بادگیر و بدن ماهی با ایجاد پوشش جاذب نور ژانوس نرخ تولید بخار در آب شور به 5/4 و 58/6 کیلوگرم بر مترمربع-ساعت رسید. آنالیز اقتصادی نشان می‌دهد آرایه‌های الهام گرفته از ماهی با قیمت بخار تولیدی USD/(kg/(m²·h)) 8/0 عملکرد مطلوبتری نسبت به سایر آرایه‌های پژوهش حاضر ایجاد خواهد کرد.