مدل سازی ریاضی وبهینه سازی برج رطوبت زن به منظور استفاده در آب شیرین کن خورشیدی
چکیده
در این پایان نامه ابتدا روش رطوبت زنی و رطو.بت زدایی (روش رطوبت زنی-رطوبت زدائی) که از آن برای شیرین سازی آب استفاده می شود معرفی شد. همچنین سیکل آب شیرین کن خورشیدی که فرساد و همکاران [1] در سال 1387 طراحی کرده اند و با روش رطوبت زنی و رطوبت زدایی کار می کند نشان داده شده است. به منظور ساخت این سیکل نیاز به یک برج رطوبت زن که بتواند با پارامترهای سیکل مذکور سازگار باشد، احساس می شود. در این پایان نامه برج خنک کنی طراحی شد که بتواند به عنوان برج رطوبت زن در آب شیرین کن مورد نظر استفاده شود و با پارامترهای سیکل همخوانی داشته باشد. برای طراحی ابتدا انواع برج بر اساس ساختار معرفی شدند. از بین آنها برج خنک کن جریان مخالف با فن گریز از مرکز انتخاب شد. برج خنک کن جریان مخالف باز ده بیشتری نسبت به انواع دیگر برج ها دارد. جهت مدل سازی ریاضی سیستم، سه گونه مدلسازی ریاضی مختلف (روش ?-ntu، روش پوپ و روش مرکل) معرفی شدند، و با توجه به فرضیات این سه روش، روش پوپ به علت اینکه میزان کاهش دبی آب در اثر تبخیر را در نظر می گیرد، و روش دقیق تری است انتخاب گردید. معادلات تجربی افت فشار و پارامترهای تاثیر گذار در آن نیز ارائه شدند. با انتخاب رطوبت نسبی هوا، آنتالپی مخلوط هوا و بخار آب، دمای آب و عدد بی بعد مرکل به عنوان متغییرهای اصلی مسئله و با استفاده از روش رونک کوتای مرتبه چهار، معادلات پوپ حل گردید. سپس با اعمال یک سری قیود فیزیکی و با استفاده از الگوریتم ژنتیک در matlab toolbox نمودار بهینه پرتو برج، برای سه مدل آکنه مختلف برحسب میزان تبخیر به افت فشار بدست آمد. با توجه به این نمودار کمترین میزان افت فشار در تبخیر kg/s 027/0، برای آکنه نوع لایه ای kpa 7/1، برای آکنه چکه ای kpa 4/0 و برای آکنه ترشحی kpa 3/0 می باشد. ورودی های بهینه برج نیز که به ازای آنها نمودار بهینه پرتو بدست آمده است، در سه جدول و بر اساس نوع آکنه ارائه شده است. با توجه به امکانات و میزان تبخیر مورد نیاز ناحیه ورودی های بهینه مسئله تعیین شده است. . برای آکنه نوع ترشحی که کمترین میزان افت فشار را اعمال می کند، با دمای آب ورودی? 92 ودمای هوای ورودی? 5 دبی هوای ورودی kg/s 2/1 و دبی آب ورودی kg/s 33/0 به میزان تبخیر kg/s 027/0 می توان رسید در پایان حساسیت نمودار بهینه پرتو نسبت به ورودی های مختلف بدست آمده است. با افزایش میزان سطح مقطع از یک متر مربع به دو متر مربع میزان افت فشار از در تبخیر kg/s 027/0 از kpa 12 به kpa 45/2 کاهش می یابد. میزان افت فشار در سطح مقطع m^2 2 میزان قابل قبولی است که با استفاده از فن های موجود می توان بر آن غلبه کرد. با کاهش دبی جریان آب تبخیر کاهش می یابد. این کاهش در واقع منجر به کاهش عامل انتقال آنتالپی می شودو سبب می شود در دبی های پایین نتوان به میزان تبخیر مورد نظر دست یافت. اما افزایش بیش از حد دبی منجر به افزایش افت فشار و میزان مصرف انرژی می شود. انتخاب دبی آب بین kg/s 35/0 تا kg/s 3/0 مقدار مناسبی است که می توان با آن به تبخیر و افت فشار مورد نظر دست یافت.