انتقال حرارت آب شیرین کن خورشیدی با استفاده از cfd

امروزه بحران کم آبی یکی از مشکلات عمده در جوامع بشری می باشد. تقطیر خورشیدی یکی از روش های جداسازی آب از نمک و املاح آن می باشد. آب شیرین کن های خورشیدی از جمله دستگاه های رایج برای تولید آب شیرین می باشند. اما هزینه ساخت آن ها برای بررسی پارامترهای مختلف جهت دستیابی به بازده بالا و حالت بهینه، بالا می باشد. بنابراین مدل سازی آن با دینامیک سیالات محاسباتی می تواند در کاهش هزینه ها موثر باشد. در این تحقیق مدل دو فازی سه بعدی در شرایط پایا برای فرایند تبخیر و چگالش در آب شیرین کن حوضچه ای خورشیدی با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی ارایه شده است. مدل بر پایه دیدگاه vof ارایه گردیده و برای هر دو فاز جریان آرام مورد استفاده قرار گرفته است. مدل سازی برای سیستم آب – مخلوط هوا و بخار آب با استفاده از نرم افزار cfx 11 انجام گرفته است. برای رسم هندسه و شبکه بندی از نرم افزار workbench استفاده شده است. هندسه مورد استفاده برای مدل سازی بر اساس مشخصات آب شیرین کن حوضچه ای فرشچی می باشد. نتایج این مدل سازی با داده های تجربی فرشچی مقایسه شده است. میزان آب شیرین تولیدی و دمای آب در این مدل سازی انطباق خوبی با نتایج تجربی دارند که به ترتیب دارای درصد خطای 79/7% و 48/14% می باشند. ضرایب انتقال حرارت بر اساس داده های حاصل از مدل سازی انجام شده و داده های تجربی برای آب شیرین کن حوضچه ای فرشچی بدست آمده است. مقادیر c و n بر اساس مدل کومار و تیواری توسط رگراسیون خطی بدست آمده اند. در این مدل از میزان آب شیرین تولیدی و دمای آب جهت بدست آوردن c و n استفده شده است. مقادیر c و n برای نتایج cfd به ترتیب برابر 054/2 و 166/0 و برای داده های تجربی056/2 و 159/0 می باشند. همچنین به منظور بررسی توانایی cfd در مطالعه ی اثر عمق آب و زاویه پوشش شیشه ای بر عملکرد آب شیرین کن حوضچه ای، مدل سازی ها بر اساس آب شیرین کن های تیواری انجام شده اند. میزان آب شیرین تولیدی و دمای آب حاصل از مدل سازی cfd، برای عمق های آب اولیه ی 4، 8، 12 و 16 سانتی متر و زاویه های ?15، ?30، ?45 و ?60 با نتایج تجربی تیواری مقایسه شده اند. میزان خطا برای میزان آب شیرین تولیدی در بررسی عمق آب به طور متوسط برابر 11/19% و برای زاویه ی شیشه برابر 90/31% می باشند. همچنین برای دمای آب مقدار متوسط خطا در بررسی عمق آب برابر 18/8% و در بررسی زاویه ی شیشه برابر 54/5% می باشند. با کاهش عمق اولیه آب درون آب شیرین کن حوضچه ای میزان آب شیرین تولیدی افزایش می یابد. برای عمق آب 4 سانتی متر بیشترین میزان آب شیرین تولیدی بدست آمده است. در زاویه های 45 و 60 درجه تقریبا به مقدار برابر آب شیرین تولید شده است. در 60 درجه به میزان اندکی از 45 درجه بازده بیشتری داریم. نتایج این تحقیق نشان می دهند که با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی جهت طراحی، بررسی پارامترها و رفع مشکلات در ساخت آب شیرین کن ها به خوبی می توان استفاده کرد.