تحضير وتوصيف طبقة طلاء مقواة بالمولايت وأوكسيد التيتانيوم وأوكسيد المغنيسيوم كمادة عازلة لحوض شمسي أحادي الميل

الباحث

سجا فالح عبد الهادي شبيب

المشرف

الهام عبد المجيد - حيدر كريدي راشد

الجامعة

جامعة بابل

الكلية / القسم

هندسة المواد / هندسة السيراميك ومواد البناء

الشهادة

ماجستير

السنة

2024

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Mullite;Thermal insulation coating;Solar still;TiO2 and MgO

الطاقة الشمسية هي مصدر متجدد للطاقة المستمدة من إشعاع الشمسء وتوفر حلولاً نظيفة وفيرة لتسخين الكهرباء والمياه. ويتم تسخيرها من خلال الخلايا الكهروضوئية والأنظمة الحرارية الشمسية. الهدف من هذه الدراسة هو استخدام الطاقة الشمسية لتحلية المياه بطريقة مستدامة وفعالة من حيث التكلفة. مع التركيز بشكل خاص على توظيف الإشعاع الشمسي في عمليات التبخر والتكثيف، وهذا النهج الصديق للحصول على المياه النظيفة. يتم استخدام حوض متين من الفولاذ المقاوم للصدأء وخاصة الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع 316 الذي تم اختياره لمقاومته الممتازة للتآكل، كحاوية للمياه. ولتعزيز خصائص العزل الحراري للحوضء تم تغليفه بمواد سيراميكية منها الموليت وثاني أكسيد التيتانيوم وأكسيد الماغنيسيوم. تعمل هذه الطلاءات الخزفية على تقليل فقدان الحرارة من حاوية المياه بشكل فعال، مما يزيد من كفاءة استخدام الطاقة الشمسية. يساهم الموليت (A1203.2S1023) وثاني أكسيد التيتانيوم (1502)، وأكسيد المغنسيوم (MgO) المعروفة بخصائصها الاستثنائية في العزل stall في الحفاظ على درجة حرارة الماء داخل الحوض. لتحديد التركيب والنسب الأمثل لطلاءات السيراميك، تم تحضير خمس مخاليط وتصنيفها إلى (51)، تحتوي على مواد بوليمرية فقط وهي البوليسترين والراتنجات والمذيبات (©،) ،S4 ،$3 ،2 بالإضافة إلى المواد البوليمرية والمذيبات، وتحتوي هذه العينات على نسب معينة من Bale الموليت وأكسيد التيتانيوم (،و(55 بالإضافة إلى ما سبق ,ويضاف إلى هذه العينة أكسيد المغنسيوم (. وكان لكل خليط نسب مختلفة من المواد الخزفية المضافة. وتم تقييم أداء العزل لهذه العينات ووجدوا أن 54 أظهر أعلى مستوى من العزل، يليه 55. وهذا يدل على أن إدراج نجحت المواد الخزفية الموجودة في الطلاءات في تحسين خصائص العزل الحراري celal cle gl وكانت طريقة الرش عبارة عن بخاخة باستخدام مسدس رشء والتي تستخدم مسافة محددة لتحقيق تغطية مثالية للمواد الخزفية على وعاء الماء ويتم لصق الطلاءات الخزفية على سطح الحوض لغرض Cus ،ue sill تسمح طبيعة الزجاج الشفافة بالمرور من خلاله وتسخين المياه داخل الحوض يتم إجراء اختبارات مختلفة لتحليل خصائص وخصائص العينات. يستخدم oye الأشعة السينية (XRD) لتحديد التركيب البلوري للطلاءات الخزفية. يتم استخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) ومجهر القوة الذرية (AFM) والتحليل الطيفي للأشعة السينية المشتتة من الطاقة ،(EDS) ومطياف الأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه (FTIR) لدراسة مورفولوجيا السطح, والتركيب العنصريء والخصائص الكيميائية للطبقة المطلية. عينات. تقييم معدلات العزل الحراري للعينات. أظهرت العينة 54 التي تحتوي على 903 موليت و 901.5 أكسيد التيتانيوم أعلى زيادة في العزل بنسبة 97036 والعينة 51 التي لا تحتوي على مواد سيراميكية، استخدم فقط البوليسترين والراتنج الذي حقق معدل عزل 1726 كما Gal إضافة المواد الخزفية إلى زيادة المسامية وقوة الالتصاق وكثافة العينات. على سبيل المثال، كانت للعينة 52 مسامية قدرها 7035: Lain كانت للعينة 54 زيادة في المسامية بنسبة 9063. تحتوي العينة $5 التي تحتوي على 903.5 dye و91 ثاني أكسيد التيتانيوم، و901 أكسيد المغنسيوم، على مسامية تبلغ 9052. ونظراً لصعوبة توفير الجهاز وارتفاع سعره؛ تم استخدام الطرق العددية للحصول على النتائج المتعلقة بتحلية المياه. لدعم العمل التجريبيء يتم إجراء التحليل العددي والمحاكاة باستخدام برنامج 71515 0 تمن المقارنة مع النحاسء، وجد أن النحاس بدون طلاء له نفس العزل مع SY sll المقاوم للصدأ المطلي. حقق الفولاذ المقاوم للصدأ المطلي نسبة عزل أعلى بحوالي 5 درجات أعلى من النحاس. لذلك تم استبدال النحاس بالفولاذ المقاوم للصدأ لارتفاع تكلفته وصعوبة توفره. يسمح هذا البرنامج بنمذجة وتحليل عمليات التبخر والتكثيف، fg} ل مما يوفر نظرة ثاقبة لآليات نقل الحرارة وتقييم أداء النظام في ظل ظروف مختلفة. يمكن استخدام هذا البرنامج لمحاكاة تصميم النظام وتحسينه sly على حسابات البرنامج وتوقعاته، مما يساهم في تطوير أنظمة فعالة ومستدامة لتنقية المياه.

Solar energy is a renewable source of power derived from the sun's radiation, offering clean and abundant electricity and water heating solutions. It is harnessed through photovoltaic cells and solar thermal systems. The objective of this study is to use solar energy for sustainable and cost-effective water desalination. specifically focusing on employing solar radiation for the evaporation and condensation processes, this friendly approach of obtaining clean water. A durable stainless steel sink, specifically stainless steel type 316 chosen for its excellent corrosion resistance, is utilized as the water container. To enhance the sink's thermal insulation properties, it is coated with ceramic materials including Mullite, Titanium Dioxide, and Magnesium Oxide. These ceramic coatings effectively minimize heat loss from the water container, maximizing the efficient use of solar energy. Mullite (3Al2O3.2SiO2) , titanium dioxide (TiO2) , and magnesium oxide (MgO) , known for their exceptional thermal insulation properties, contribute to maintaining the water temperature inside the sink. To determine the optimal composition and proportions of ceramic coatings, five mixtures are prepared and classified as (S1, It contains only polymeric materials, namely polystyrene, resin and solvents ( , ) S2, S3, S4, In addition to polymeric materials and solvents, these samples contain certain proportions of mullite and titanium oxide ( ,and (S5 In addition to the above, magnesium oxide is added to this sample ( . Each mixture had different proportions of added ceramic materials. The insulation performance of these samples is evaluated and they found that S4 showed the highest level of insulation, followed by S5. This indicates that the inclusion of ceramic materials in the coatings successfully improved the thermal insulation properties of the water container. The spraying method was an airbrush with a spray gun, which used a specific distance to achieve perfect coverage of the ceramic materials on the water container. This method ensures uniform coverage and adhesion of ceramic coatings to the surface of the sink. A glass cover is used for connection purpose, The transparent nature of the glass allows solar radiation to pass through and heat the water inside the aquarium. The glass cover acted as a barrier, trapping heat within the system and promoting efficient heating of the water. Various tests are performed to analyze the properties and characteristics of the samples. X-ray diffraction (XRD) is used to determine the crystalline structure of ceramic coatings. Scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) are used to study the surface morphology, elemental composition, and chemical properties of the coated layer Samples. Evaluation of thermal insulation rates of samples. sample S4, containing 3% mullite and 1.5% titanium oxide, showed the highest increase in insulation at 36%, Sample S1, which contained no ceramic materials , used only polystyrene and resin that achieved an insulation rate of 26%. The addition of ceramic materials also increased the porosity, adhesion strength, and density of the samples. For example, sample S2 had a porosity of 35%, while sample S4 had an increase in porosity of 63%. Sample S5, containing 3.5% mullite, 1% titanium dioxide, and 1% magnesium oxide, had a porosity of 52%. Due to the difficulty of providing the device and its high price, numerical methods were used to obtain results related to water desalination. To support the experimental work, numerical analysis and simulation are performed using ANSES R12020 software. From comparison with copper, it is found that the copper without coating had comparable in insulation with coated stainless steel. Stainless steel with coating achieved a higher insulation percentage by approximately 5 degrees higher than copper. So the copper was replaced with stainless steel for it is high cost and difficulty of is availablitiy. This software allowed modeling and analysis of evaporation and condensation processes, providing insights into heat transfer mechanisms and evaluating system performance under different conditions. This program can be used for simulate and optimize the system design based on the software's calculations and predictions, contributing to the development of efficient and sustainable water purification systems.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب