31056

مطالعه تجربي و عددي بهبود عملكرد و بهره‌وري دستگاه هرمي خورشيدي با استفاده از تكنيك چرخش

دكتري تخصصي (PhD)

مهندسي مكانيك- تبديل انرژي

1399

1403/4/18

سيد مصطفى حسينعلي پور - ساسان آسيايي

ندارم

مهندسي مكانيك

در سطح جهاني، كمبود آب آشاميدني يك مشكل فراگير است. دستگاه تقطير خورشيدي يك دستگاه ساده است كه به طور هدفمند براي تبديل آب غير آشاميدني به آب آشاميدني طراحي شده است. دستگاه‌هاي خورشيدي به‌عنوان مقرون‌به‌صرفه‌ترين جايگزين در مناطق دورافتاده و خشك در نظر گرفته مي‌شوند. در اين تحقيق يك ايده جديد مبتني بر پياده سازي يك مكانيسم چرخشي درون ثابت خورشيدي هرمي (PSS) معرفي شده است. اين مكانيسم فرآيندهاي تبخير و تراكم را با افزايش بهره تابش خورشيدي افزايش مي دهد. نتايج با حالت خورشيدي هرمي شكل با سرعت چرخش متغير (PSSR) و بدون چرخش (PSS بدون R) مقايسه شد. شبيه سازي (حل عددي) در نرم افزار COMSOL بر اساس داده هاي اقليمي شهر تهران انجام شد. هدف از اين تحقيق بررسي تاثير حركت چرخشي بر ايستگاه هاي هرمي خورشيدي شامل تقطير آب، تبخير، تراكم، انتقال حرارت، كاهش اتلاف انرژي و اثرات سايه است. بهره وري آب شيرين و عملكرد حرارتي به صورت آزمايشي با انجام آزمايشات طي سه ماه در دانشگاه علم و صنعت تهران اندازه گيري شد. كل ساختار هرم با استفاده از يك موتور جريان مستقيم كه توسط يك سلول فتوولتائيك هدايت مي‌شود، چرخانده شد. روش تحقيق مستلزم عملكرد يك PSS با سرعت هاي چرخشي متغير (0.125، 0.25، 1، و 1.5 rpm) و بدون چرخش، از ساعت 9 صبح تا 4 بعد از ظهر بود. يافته‌ها نشان مي‌دهد كه بهره‌وري دستگاه تقطير از نظر آب مقطر با افزايش سرعت چرخش افزايش مي‌يابد و بهترين افزايش در 1 دور در دقيقه نسبت به ساير سرعت‌هاي چرخش رخ مي‌دهد. آب مقطر توليد شده توسط هرمي خورشيدي ثابت با چرخش (PSSR) 0.03 دلار در هر ليتر قيمت دارد، در حالي كه وقتي توسط يك دستگاه خورشيدي هرمي بدون چرخش (PSS بدون R) توليد مي شود، قيمت آن 0.0317 دلار در هر ليتر است. در همان زمان، آزمايش‌هاي ديگري بر روي همان دستگاه انجام شد تا مشخص شود كه آيا افزودن لنزهاي فرنل (FRL) به هرم خورشيدي در حال چرخش همچنان مي‌تواند فرآيند تبخير آب را تسريع كند يا خير. تركيب لنزها و چرخش با سرعت 0.25 دور در دقيقه خروجي دستگاه تقطير هرم خورشيدي را در مقايسه با حالت غير چرخشي 32.3 درصد افزايش داد. آزمايش‌هاي ديگر تأثير تغيير مكان‌هاي نصب لنزهاي فرنل را بر عملكرد (PSS با R) بررسي كردند. قرار دادن لنزها در خارج از پوشش شيشه اي باعث افزايش بهره وري 55.7 درصدي نسبت به قرار دادن آنها بر روي سطح شيشه شد.

1403/04/28

Experimental and Numerical Study on Improving Performance and Productivity of Pyramidal Solar Still Using Rotation Technique

7/8/2025 12:00:00 AM

Globally, potable water scarcity is pervasive problem. The solar distillation device is a straightforward apparatus that has been purposefully engineered to convert non-potable water into potable water. Solar stills are considered the most economically viable alternative in remote and arid regions. In this research a new idea based the implementation of a rotational mechanism within the pyramidal solar still (PSS) is introduced. This mechanism enhances evaporation and condensation processes by increasing solar radiation gain. The results were compared with the case of a pyramidal solar still with variable rotation speed (PSSR) and without rotation (PSS without R). Simulations (numerical solution) were performed in COMSOL software based on climatic data in Tehran. The objective of this research is to investigate the impact of rotational motion on pyramidal solar stills, including water distillation, evaporation, condensation, heat transfer, energy waste reduction, and shadow effects. The freshwater productivity and thermal performance were measured experimentally by conducting the experiments over three months at the University of Science and Technology in Tehran. The entire pyramid structure was rotated using a direct current motor driven by a photovoltaic cell. The research methodology entailed the operation of a PSS with varying rotational speeds (0.125, 0.25, 1, and 1.5 rpm) and without rotation, from 9 am to 4 pm. The findings suggested that the productivity of the distillation apparatus in terms of distilled water increased as the rotation speed rose, with the best increase occurring at 1 rpm compared to other rotation speeds. Distilled water generated by a pyramid solar still with rotation (PSSR) is priced at $0.03 per liter, whereas it costs $0.0317 per liter when produced by a pyramid solar still without rotation (PSS without R). At the same time, other tests were conducted on the same device to determine whether adding Fresnel lenses (FRL) to the rotating pyramid solar still could accelerate water evaporation processes. The combination of lenses and rotation at a rate of 0.25 rpm increased the output of the solar pyramid distiller by 32.3% compared to the non-rotating condition. Other tests explored the impact of changing the installation locations of Fresnel lenses on the performance of the (PSS with R). Placing lenses outside the glass cover increased productivity by 55.7% compared to placing them on the glass surface.

ثابت خورشيدي هرمي , تبخير

pyramidal Solar Still , evaporation

Ali Beiee

Dr. Mostafa Hossein Alipoor - Dr. Sasan Asiyaei