جلسه ارزیابی پژوهشی 2 رساله دکتری (خانم الهام کاظمی)
موضوع: ساخت و بررسی عملکرد یک آب شیرین کن خورشیدی خانگی چند مرحله‌ای غیرفعال برای اصلاح کیفیت آب شهر اصفهان
ارائه دهنده: الهام کاظمی
استادان راهنما: دکتر محسن ثقفیان، دکتر علی اکبر عالم رجبی
استاد مشاور: دکتر رامین کوهی کمالی
استادان داور: دکتر مهران عامری، دکتر محمدرضا توکلی‌نژاد، دکتر محمدرضا سلیم‌پور
چکیده:
سیستم‌های نمک‌زدایی غیرفعال چند مرحله‌ای در سال‌های اخیر به عنوان روشی برای مقابله با مشکل کم آبی خصوصا در مناطق دورافتاده و خارج از شبکه معرفی شده‌اند. تلاش های متعددی در سال‌های اخیر بر روی روش‌های افزایش راندمان این دستگاه‌ها انجام شده است. در این پژوهش مدلی برای تحلیل انتقال جرم و انرژی در این دستگاه‌ها ارائه شده و سپس جهت انطباق بهتر با نتایج تجربی، ضریب بازیافت معرفی شده که نسبت تولید آب شیرین چگالش یافته به ظرفیت تبخیر دستگاه را نشان می‌دهد و رابطه مستقیم با دمای جذب‌کننده دارد و بنابراین با افزایش تعداد مراحل، مقدار آن افزایش می‌یابد. پس از اعتبارسنجی که تطابق نتایج حل تحلیلی با نتایج تجربی را با دقت بالا نشان می‌دهد، از این مدل برای بررسی تاثیر پارامترهای مختلف از جمله فاصله شکاف هوا، شرایط محیطی، خنک‌کاری کندانسور و گرمایش میانی دستگاه در مراحل مختلف استفاده گردید. جهت بررسی تاثیر فاصله شکاف هوا بر روی تولید آب شیرین، با استفاده از تشابه لایه مرزی حرارتی و مومنتوم، رابطه‌ای برای انتقال جرم جابه‌جایی تعیین و فاصله بهینه برای دستگاه مورد بررسی مشخص گردید. نتایج نشان می‌دهد گرم کردن دمای محیط و آب شور ورودی، به ترتیب باعث افزایش تولید آب شیرین به میزان 61% و 18% می‌شود. از طرفی خنک‌کاری نادرست دستگاه، هرچند اختلاف دمای کلی دستگاه را افزایش می‌دهد، اما چون دمای عملکرد دستگاه را پایین می‌آورد می‌تواند، باعث کاهش تولید آب شیرین شود. همچنین در حالت استفاده از گرمایش میانی، حالت بهینه تعیین و مشخص شد درصورتی که از یک حرارت بازیافتی برای گرم‌کردن مرحله دوم استفاده شود، به دلیل امکان بازیافت حرارت در مراحل بعدی و نیز کاهش افت حرارت نسبت به مرحله اول، بیشترین میزان تولید بخار حاصل می شود. در ادامه با توجه به اینکه انتخاب منسوج مناسب از نظر ویژگی‌های مویینگی، در ساخت این نوع آب‌شیرین‌کن همچنان یک چالش پژوهشی باقی مانده است، به بررسی سیستماتیک مکش مویینگی در منسوج‌ها و مقایسه دو ساختار متفاوت منسوج میکروفایبر (تاروپودی (A) در مقابل حلقوی خارخورده (B)) برای کاربرد در این زمینه پرداخته شد. برای این منظور 10 ویژگی مرتبط با مویینگی منسوج‌ها که شامل ضخامت، شعاع میکروالیاف، زاویه تماس، زمان جذب، حداکثر ارتفاع مویینگی در زمان مشخص، شعاع موثر مویینگی، فشار مویینگی، تخلخل، درصد اشباع و نفوذپذیری است بررسی و مقایسه گردید. نتایج نشان داد منسوج B از نظر آبدوستی، ارتفاع صعود مویینگی، زمان جذب، فشار مویینگی و نفوذپذیری عملکرد بهتری دارد. همچنین شاخص کارایی موینگی منسوج (CEI) برای بررسی عملکرد جهت کاربرد در آّ‌ب‌شیرین‌کن‌های خورشیدی چندمرحله‌ای غیرفعال مبتنی بر مویینگی عمودی معرفی گردید. نتایج نشان داد این شاخص برای منسوج A، 77/19 و برای منسوج B، 88/89 می‌‌باشد. سپس یک سیستم شیرین‌سازی یک مرحله‌ای ساخته و میزان کاهش وزن آب و تولید آب شیرین توسط دو منسوج بررسی گردید. نتایج نشان داد نسبت بازیافت در منسوج A، 68% و در منسوج B، 81% بود. بنابراین منسوج میکروفایبر حلقوی خارخورده (B) علاوه بر داشتن استحکام، دوام، قابلیت شستشو، در دسترس بودن و قیمت مناسب، به دلیل ساختار مویینگی برتر، گزینه‌ای مناسب برای سیستم‌های شیرین‌ساز غیرفعال است. درنتیجه از این منسوج برای ساخت سیستم شیرین‌ساز یک تا پنج مرحله‌ای استفاده گردید و با ارائه راهکاری با استفاده از تکنولوژی پرینت سه‌بعدی در تعبیه کندانسور جهت کاهش امکان هدررفتن قطرات چگالیده، عملکرد دستگاه در شارهای حرارتی مختلف بررسی گردید. در پایان رابطه‌ای نمایی برای پیش‌بینی تولید آب شیرین سیستم n مرحله‌ای ارائه گردید. نتایج نشان می‌دهد این سیستم با هزینه ساخت پایین، پتانسیل بالایی برای استفاده در مناطق دورافتاده دارد.