تحسين اداء المقطر الشمسي احادي الميل باستخدام تقنيات مختلفة في ظروف مدينة بغداد المناخية

الباحث

لجين صادق حيال

المشرف

جلال محمد جليل - عبد الجبار ع. حنفش

الجامعة

الجامعة التكنولوجية

الكلية / القسم

قسم الهندسة الكهروميكانيكية / الهندسة الكهروميكانيكية

الشهادة

دكتوراه

السنة

2024

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Solar still;Desalination;Productivity enhancement;Baghdad climate

الطاقة الشمسية هي مصدر للعديد من الاستخدامات المستدامة. مؤخرا" حظي التقطير الشمسي الفعال بأهتمام متزايد .تم تحديد انتاجية المياه العذبة من خلال قدرة النظام على استغلال الطاقة الشمسية الواردة وتحويلها الى حرارة قابلة للاستخدام. المقطر الشمسي هو جهاز يستغل الطاقة الشمسية لتوليد مياه الشرب حيث يعمل بناءً على مبادئ تبخر الماء وتكثيفه، ويحاكي بدقة الدورة الهيدرولوجية الطبيعية، التي تشمل ظواهر مثل هطول الأمطار. يتناول هذا البحث تحسينات في عملية تحلية المياه باستخدام نظام التقطير الشمسي مع التركيز على تحسين معدلات التبخر والتكثيف داخل المقطر الشمسي التقليدي ذو المنحدر الواحد. أجريت الدراسة في بغدادء العراق، من اغسطس إلى نوفمبر 2023، من الساعه 9:00 صباحا وحتى الساعه 18:00 او 0 مساءا بأستخدام منهجيات تجريبية ونظرية لتقييم أداء تصاميم المقطر الشمسي التقليدي السلبي و التصاميم المبتكرة للنظام النشط المبتكر. شمل الإطار التجريبي تحليلا مقارنًا لنظامين: المقطر الشمسي التقليدي (CSS) والمقطر الشمسي النشط الذي يتميز بعدة تحسينات مثل استخدام مجمع الحوض المكافئ والمكثف الخارجيء والطلاءات النانوية، ومواد فتيلية. تهدف هذه التأثيرات النشطة إلى التغلب على قيود الإنتاجية المحدودة للأنظمة التقليدية من خلال دمج هذه التحسينات مع المقطر الاعتيادي. تم اجراء التحليلات العددية باستخدام نظام الحجم المحدود مع SIMPLE4: 3) 5S والتي تم تنفيذها بأستخدام لغة البرمجة FORTRAN 90 تناول هذا النهج المتغيرات المستخدمة Ley في ذلك الانعكاسية، والنفاذية، والتصميم الهندسي للمقطرء إلى Gila العوامل البيئية. قامت الدراسة بتحديد دقيق لديناميكيات درجات الحرارة، وخصائص تقل الحرارة، والإنتاجية، و الكفاءة عبر التأثيرات المختلفة. أكدت النتائج التجريبية على تحسينات كبيرة: حيث ان المقطر الشمسي متعدد التأثير (MSS) مع لوح عائم (الحالة 1) والمقطر المعدل مع مواد فتيلية (الحالة 2( ادت الى زيادة في الانتاجية بنسبة 720.4 162.5 على التوالي مقارنةً بالمقطر التقليدي. علاوة على Gal wuld دمج مجمع القطع المكافئ (PTC) بمعدل تدفق 0.0002 كجم/ثانية إلى رفع الإنتاجية بنسبة 72.1/. اضافة المكثف الخارجي حققت زيادة بنسبة 141.896 وكان ذلك بدون اضافة مادة متغيرة الطور (PCM) أما عند إضافة PCM مع مكثف خارجي تم تحقيق افضل تحسين في نظام ،MSS والذي أظهر زيادة بنسبة 7199.75 في الإنتاجية وارتفاعًا بنسبة 7 في الكفاءة الحرارية. cal Lain استخدام صفيحة الامتصاص العائمة بسمك 0.5 ملم فوق سطح الماء مع مواد الفتيل بنسب 25/، 4505 62755 و7100 من مساحة الامتصاص إلى زيادة إنتاج المياه المقطرة بما يقارب 2/45 166.5 133.95 £165 على التوالي مقارنة بالمقطر الشمسي التقليدي بينما أدت اضافة المكثف المنفصل الى تعزيز الانتاج بنسبة 0 275.5( 6135.95 5 127.3 مقارنة بالنوع التقليدي. تم تحقيق تعزيز في CY! بنسبة 230.1 739 في الإنتاجية من خلال طلاء الامتصاص ب 5202 Cu_ doped بدون ومع PCM وبلغت كفاءة المقطر الشمسي 260، 277.5 على التوالي. كانت التنبؤات العددية مطابقة بشكل كبير مع النتائج ay pall حيث اظهرت انحرافا بنسبة 78-10 كما تم دراسة التكلفة الاقتصادية لكل من Cus ،MSS 5 CSS وجد أنها تساوي 35.9 و13.3 USUID من CSS و7155 على التوالي.

Solar is a potential source for many sustainable uses. Recently, effective water distillation has get attention. Freshwater productivity is determined by the system's ability to efficiently harvest and convert incoming solar energy into useable heat. A solar still is a device that utilizes sustainable energy to generate drinking water. This device operates based on the principles of water evaporation and condensation, accurately Simulates the natural hydrological cycle, which includes phenomena such as rainfall. This research explores improvements in desalination processes using a solar distillation system with a focus on enhancing evaporation and condensation rates within a traditional single-slope still. The study was conducted in Baghdad, Iraq with latitude of 33.4° N and longitude of 44.35° E from August to November 2023 during an interval from 9:00 to 18:00 or 20:00 using experimental and numerical methodologies to assess the performance of traditional passive and innovative active solar still designs. The experimental framework included a comparative analysis of two systems: the conventional solar still (CSS) and the active solar still featuring several enhancements such as the use of a parabolic trough collector, an external condenser, nano coatings, and wick materials. These active effects aim to overcome the limited productivity constraints of traditional systems by integrating these improvements with the conventional still. Numerical analyses were conducted using the finite volume method with the SIMPLE algorithm, implemented in FORTRAN 90 programming language. This approach addressed variables including reflectivity, permeability, and the geometric design of the still, along with environmental factors. The study precisely identified dynamics of temperature, heat transfer properties, productivity, and efficiency across different effects. Experimental results confirmed significant improvements: The modified solar still (MSS) with floating (case 1) and MSS with wick material (case 2) resulted in a productivity increase of 20.9% and 62.5% respectively compared to CSS. Furthermore, case 3 integrating a parabolic trough collector (PTC) with a flow rate of 0.0002 kg/s raised productivity by 72.1%. Adding an external condenser (case 4) achieved a 141.8% increase, and this was without adding phase change material (PCM). However, when adding PCM with an external condenser, the most impressive improvement in the MSS system was achieved, showing a 199.75% increase in productivity and a 35.7% increase in thermal efficiency. Meanwhile, using a floating absorption plate with a thickness of 0.05 cm above the water surface with wick materials at 25%, 50%, 75%, and 100% of the absorption area led to increases in distilled water production by approximately 45%, 66%, 33.9%, and 16% respectively compared to the traditional solar still. Adding a separate condenser enhanced production by 35%, 75.3%, 35.9%, and 27.3% compared to the traditional type. Productivity enhancement of 30.1% and 39.9% was achieved through absorption coating with Cu-doped SnO2 without and with PCM, and the solar still efficiency reached 60.3% and 77.79% respectively. The numerical predictions closely matched the experimental results, displaying a deviation of 8-10%. The economic cost was also investigated for CSS and MSS, it was found to be equal to 35.9, 13.3 ID for CSS and MSS respectively.

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