متن کامل خبر


 
جلسه دفاع از پایان‌نامه: آقای احمدرضا نجفی، گروه آموزشی تبدیل انرژی

خلاصه خبر: شبیه سازی عددی انتقال حرارت جریان دوفازی در لوله‌های افقی تحت شار حرارتی نامتقارن با هدف کاربرد در نمک‌زدایی خورشیدی

  • عنوان: شبیه سازی عددی انتقال حرارت جریان دوفازی در لوله‌های افقی تحت شار حرارتی نامتقارن با هدف کاربرد در نمک‌زدایی خورشیدی
  • ارائه‌کننده: آقای احمدرضا نجفی
  • استاد راهنما: دکتر علی جعفریان دهکردی
  • استاد ناظر داخلی اول: دکتر هادی پاسدار
  • استاد ناظر خارجی اول: دکتر مجید سلطانی
  • نماینده تحصیلات تکمیلی: دکتر هادی پاسدار
  • مکان: سالن 351
  • تاریخ: 97/11/10
  • ساعت: 13:00

چکیده:نیاز و ضرورت بازچرخانی و استفاده دوباره از پسآب‌های صنایع با توجه به مشکلات کمبود آب و معضلات زیست محیطی همواره یکی از مسائل اصلی جوامع انسانی تلقی می‌گردد که امروزه با توجه به رشد روز افزون جمعیت و به پیرو آن افزایش صنایع این نیاز بیش از پیش احساس می‌شود. علاوه بر مشکلات زیست‌محیطی و کمبود آب، مبحث انرژی نیز یکی از مهم‌ترین دلایل مدیریت بر پسآب‌های صنعتی بشمار می‌رود. لذا مطالعه ترمودینامیکی و تحلیل اقتصادی مسئله آب در حوزه پسآب‌های صنعتی می‌تواند با امکان‌سنجی روش‌های مختلف درصدد برطرف نمودن مشکلات مذکور برآید. در راستای این افق، در گام نخست این پژوهش براساس شرایط آب و هوایی شهر تهران، واقع در ایران یک سیستم نمک‌زدا و تغلیظ پسآب هیبریدی، که در آن فرآیندی تحت عنوان تخلیه صفر مایع برای پروسه نمک‌زدایی انجام می‌پذیرد و همزمان از انرژی حرارتی تجدیدپذیر خورشید و انرژی حاصل از سوختن گاز طبیعی برای تامین انرژی این پروسه استفاده می‌کند، از دیدگاه ترمودینامیکی و اقتصادی مورد مطالعه قرار گرفته است. در طی این مطالعات چهار سناریو طراحی برای تامین انرژی به صورت هیبرید بر اساس چهار شرایط آب و هوایی فصلی در نظر گرفته شده است و هر یک از آنها نسبت به یکدیگر و نسبت به تامین انرژی به واسطه یک واحد بویلر از نوع مرسوم به لحاظ میزان بهره‌وری خورشیدی، سطح حرارتی مزرعه خورشیدی، قیمت آب، قیمت بخار، میزان حساسیت اقتصادی و جوانب دیگر مورد قیاس قرار گرفته است. در نتیجه مطالعات صورت گرفته به موجب استفاده از هر یک از سناریوهای طراحی‌های هیبریدی موارد مختلفی در هر یک از طراحی‌ها دیده می‌شود. به عنوان مثال به واسطه استفاده از طرح زمستانه علی‌رقم اینکه به طور میانگین، تا حدود 34 درصد امکان استفاده از انرژی خورشیدی جهت تولید آب فراهم می‌گردد، در برخی از فصول گرم تا حدود 60 درصد از سطوح حرارتی آن بدون استفاده باقی می‌ماند. این در حالی است که طراحی تابستانه با بهره‌گیری از انرژی خورشید بین حدود 17 تا 33 درصد، تقریبا از تمام سطح حرارتی خود در تمام فصول سال استفاده می‌کند. بر مبنای تحلیل‌های اقتصادی در کنار تحلیل‌های ترمودینامیکی در هر چهار سناریو طراحی پاییزه، زمستانه، بهاره و تابستانه مشخص گردید که دوره بازگشت سرمایه و قیمت آب تولیدی برای تمام این سناریوها تقریبا مشابه یکدیگر و به ترتیب حدود 9 تا 10 سال و 4 تا 5/4 دلار می‌باشد این در حالی است که این اعداد برای طرح استفاده تنها از یک بویلر مرسوم جهت راه اندازی سیستم نمک‌زدا به ترتیب برابر با 5/7 سال، 15 درصد و 5/3 دلار می‌باشد. بر اساس مطالعاتی که بر روی قیمت سوخت به عنوان مهم‌ترین پارامتر اقتصادی که تاثیرگذاری مستقیمی بر روی قیمت نهایی آب ایفا می‌کند مشخص گردید که مقرون به صرفه شدن سناریوهای طراحی‌های هیبریدی نسب به طراحی مرسوم استفاده از یک بویلر در قیمت‌های سوخت گاز طبیعی بیشتر از 1/0 دلار بر مترمکعب رخ می‌دهد. در گام بعدی در این پژوهش، اقدام به شبیه‌سازی عددی کلکتورهای سهموی خورشیدی با دیدگاه انتگرالی حجم کنترل با در نظرگیری شبیه‌سازی به صورت یک‌بعدی و دیدگاه دیفرانسیلی بر مبنای دینامیک سیالات محاسباتی با در نظرگیری شبیه‌سازی به صورت دو بعدی Axisymmetric و سه بعدی، تحت فرآیند جوشش و جریان دوفازی شده است و نتایج حاصل از آنها با یکدیگر مقایسه گردیده است. لازم به ذکر است که از دیدگاه انتگرالی حجم کنترل به دلیل سرعت بیشتر در محاسبات متغیرهای مربوط به طرح، جهت شبیه‌سازی چرخه تولید آب و بررسی ترمودینامیکی آن، که در گام نخست بیان شد، استفاده شده است؛ اما به دلیل احتمال وجود نارسایی‌هایی در این دیدگاه نظیر درستی مدل‌سازی پدیده جوشش، در گامی فراتر، شبیه‌سازی‌هایی بر مبنای دیدگاه دیفرانسیلی صورت گرفته است. در این شبیه‌سازی‌ها، تحلیل جریان با استفاده از روش اولر- اولر به همراه استفاده از مدل جوشش دیواره RPI و مدل جهت‌های مجزا برای مدل‌سازی تشعشع در محیط خلاء موجود در بین لوله جاذب و پوشش شیشه‌ای کلکتور سهموی انجام گرفته است. نتایج حاصل از شبیه‌سازی‌های عددی حاکی از آن است که هر سه شبیه‌سازی جهت تحلیل میانگین متغیرهای جریان در خروجی کلکتور تقریبا مشابه یکدیگر اند؛ نتایج حاصل از شبیه‌سازی‌های عددی حاکی از آن است که هر سه شبیه‌سازی جهت تحلیل میانگین متغیرهای جریان در خروجی کلکتور تقریبا مشابه یکدیگر اند؛ اما در رابطه با دمای دیواره‌ها و نیز توزیع کسر حجمی بخار، در هر مقطع از کلکتور سهموی خورشیدی، در نتایج شبیه سازی‌های دو بعدی و سه بعدی، تفاوت‌هایی به چشم می‌خورد که در مجموع دلایل آن پیرامون اثر شتاب جاذبه بیان گردیده است. علاوه بر این در شبیه‌سازی‌های سه بعدی انجام گرفته علی‌رغم بررسی تاثیر پارامترهایی نظیر دبی جرمی، اثر شار حرارتی اعمال شده به صورت متقارن یا نامتقارن بر کلکتور نیز بررسی گردیده است که به موجب آن تغییراتی در توزیع دما، کسر حجمی بخار و به تبع ضریب انتقال حرارت محلی در سطح داخلی دیواره لوله جاذب حاصل گردیده است.
کلمات کلیدی: سیستم نمک‌زدا و تغلیظ پسآب هیبریدی، فرآیند تخلیه صفر مایع، کلکتور سهموی خورشیدی، بررسی ترمودینامیکی و اقتصادی، شبیه‌سازی عددی، جریان دوفازی، پدیده جوشش

6 بهمن 1397 / تعداد نمایش : 44