بررسی تجربی و مدل سازی کاربرد تکنولوژی ترموالکتریک در آب شیرین کن های خورشیدی
چکیده
در این تحقیق به مدل سازی و بررسی تاثیر کاربرد مدول های ترموالکتریک در آب شیرین کن های خورشیدی پرداخته شده است. برای این کار سه روش تجربی، مدل سازی ترمودینامیکی و شبیه سازی عددی جهت بررسی رفتار دستگاه، تحت شرایط مختلف مورد استفاده قرارگرفته اند. در روش تجربی به ساخت سه مدل مختلف و انجام آزمون بر روی آن ها تحت شرایط مختلف اقدام شده است. نتایج آزمایشگاهی نشان می دهند که استفاده از ترموالکتریک می تواند باعث تسریع در فرایند تقطیر، افزایش اختلاف دمای بین آب و محل تقطیر و همچنین افزایش قابل توجه در میزان تولید دستگاه شود. در مدل سازی ترمودینامیکی با نوشتن موازنه ی انرژی بر روی بخش های مختلف دستگاه، معادله مشخصه ی حاکم بر این نوع آب شیرین کن به صورت پارامتریک به دست آمده و ضرایب موجود در آن ها با استفاده از نتایج آزمایشگاهی محاسبه گردیده اند. نتایج مدل سازی نشان می دهند که معادله مشخصه ی دستگاه، رفتاری غیر خطی، بر حسب نسبت اختلاف دمای آب-هوا بر تشعشع خورشید، از خود نشان خواهد داد. در شبیه سازی عددی، معادلات حاکم بر انتقال حرارتِ همرفت طبیعی شامل معادلات پیوستگی، ممنتوم، انرژی و گونه، با استفاده از روش حجم محدود و با استفاده از نرم افزار فلوئنت حل گردیده، نتایج حاصل از آن نیز جهت بررسی ساختار جریان درون دستگاه، همچنین به دست آوردن ضرایب انتقال حرارت جابجایی و تبخیر بین آب، شیشه و ترموالکتریک مورد استفاده قرار گرفته اند. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می دهند که مدل متداول دانکل امکان استفاده در آب شیرین کن های ترموالکتریک دار را نداشته و به این ترتیب روابط جدیدی برای محاسبه ی ضرایب انتقال حرارت همرفت و تبخیر پیشنهاد شده اند. روابط به دست آمده نشان می دهند که ضرایب انتقال حرارت همرفت تابعی از اختلاف دمای بین آب، شیشه و ترموالکتریک، همچنین فشار بخار بر روی آن سطوح خواهند بود. ضرایب انتقال حرارت تبخیر بین سطوح نیز تابعی از اختلاف دما و رطوبت مخصوص بر روی سطوح خواهند بود. همچنین با استفاده از روابط به دست آمده، رابطه ی جدیدی برای محاسبه ی تولید کل آب شیرین کن بر حسب دمای سطوح آب، شیشه و ترموالکتریک پیشنهاد شده است که دارای دقت 22% در تخمین تولید دستگاه می باشد.