شماره ركورد
34324
پديد آورنده
سيد حسين محمودي پويا
عنوان
بهينهسازي و طراحي مفهومي سامانه تركيبي خورشيدي سهموي- خطي/حوضچه به منظور تامين آب شيرين واحد توليد سيمان ممتازان
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
سيستم هاي انرژي- انرژي و محيط زيست
سال تحصيل
1400
تاريخ دفاع
1404/02/31
استاد راهنما
دكتر عليرضا زاهدي
استاد مشاور
بدون مشاور
دانشكده
فناوري هاي نوين
چكيده
در اين پژوهش يك سامانه نمكزدايي خورشيدي- حرارتي براي تأمين آب صنعتي (كارخانه سيمان ممتازان كرمان) مدلسازي، بهينهسازي و ارزيابي فني- اقتصادي شد. سامانه پيشنهادي شامل كالكتورهاي خورشيدي سهموي- خطي، مدار روغن حرارتي و حوضچه تبخيري كمعمق است كه گرما هم بهصورت مستقيم به سطح آب و هم غيرمستقيم از طريق كويل مسي داخل حوضچه منتقل ميشود. مدل ديناميكي انتقال حرارت و جرم با در نظر گرفتن اتلافهاي حرارتي گيرنده و حوضچه توسعه يافت و راندمان توليد آب شيرين بر مبناي نسبت انرژي نهان تبخير به انرژي جذبشده خورشيدي تعريف شد (با احتساب توان مصرفي پمپها در راندمان كل). نتايج نشان داد بهره¬وري سامانه با افزايش مساحت حوضچه تا حدود 85/4 مترمربع افزايش يافته و سپس به علت افزايش تلفات و كاهش شار موثر تبخير روند كاهشي پيدا ميكند. در مرحله بعد، براي كاهش تلفات حرارتي ناشي از سريكردن طولاني كالكتورها، مديريت چيدمان كالكتورها مي¬گيرند در نرم افزار ترنسيس و متلب با حل معادلات حاكم به روش ODE45 انجام گرفت و آرايش موازي چندرديفه پيشنهاد شد بهگونهاي كه هر رديف مدار پمپاژ مستقل و كويل مسي متناظر در حوضچه داشته باشد. اعتبارسنجي مدل با استفاده از دادههاي تجربي/مطالعات معتبر انجام شد و همخواني قابل قبول نتايج با ادبيات را نشان داد. تحليل حساسيت نيز پارامترهاي كليدي مؤثر بر بهرهوري و هزينه تمامشده آب را مشخص كرد. در شرايط تابستاني، بهره¬وري توليد آب شيرين در آرايش سري حدود 5/62 درصد و در آرايش موازي 4 رديفه حدود 7/68 درصد به دست آمد. در آرايش موازي، هزينه تمام شده توليد آب شيرين طي بازه 6 ماهه ارديبهشت تا مهر كمتر از 1 دلار بر مترمكعب بوده و در مرداد (كمترين مقدار) به حدود 7/0 و در ارديبهشت (بيشترين مقدار) به حدود 93/0 دلار بر مترمكعب ميرسد. همچنين ارزيابي زيستمحيطي بهصورت غربالگري و در فاز بهرهبرداري انجام شد و نشان داد به دليل خورشيدي بودن منبع حرارتي، انتشار آلايندهها در طرح پيشنهادي عمدتا به برق پمپها محدود بوده و نسبت به ساير فناوريهاي متداول وابسته به انرژي فسيلي ناچيز است. نتايج بيانگر امكان رقابتپذيري فصلي طرح موازي با اسمزمعكوس در ماههاي گرم سال و ارائه چارچوبي براي طراحي بهينه و بهرهبرداري اقتصادي سالانه است.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/10/16
عنوان به انگليسي
Optimization and conceptual design of parabolic trough collector (PTC) integrated with solar still desalination system for Mumtazan cement factory
تاريخ بهره برداري
12/22/2025 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
سيدحسين محمودي پويا
چكيده به لاتين
A solar–thermal desalination system for industrial water supply (case study: Momtazan Cement Plant, Kerman, Iran) is modeled, optimized, and techno-economically assessed. The proposed concept integrates parabolic-trough solar collectors, a thermal-oil loop, and a shallow evaporation basin, where heat is delivered to the brine both directly through solar absorption at the water surface and indirectly via an immersed copper coil. A transient heat- and mass-transfer model is developed including receiver and basin thermal losses, and freshwater-production efficiency is defined as the ratio of evaporation latent heat to absorbed solar energy while accounting for pump electricity in the overall efficiency. Results indicate that system efficiency increases with basin area up to an optimum of approximately 4.85 m², and then decreases due to higher thermal losses and reduced effective evaporation driving potential. To mitigate the thermal penalties of long series-connected collector strings, a collector-field layout management strategy is implemented through TRNSYS–MATLAB co-simulation, and the governing equations are solved in MATLAB using an ODE45 scheme; a multi-row parallel configuration is then proposed such that each row operates with an independent circulation pump and a dedicated basin coil. The model was validated against published experimental studies, showing acceptable agreement. A sensitivity analysis was performed to identify the most influential parameters governing efficiency. Under summer conditions, freshwater-production efficiency reaches about 62.5% for the series layout and 68.7% for a four-row parallel layout. The levelized cost of water (LCOW) for the parallel configuration remains below 1 USD m⁻³ over a six-month warm-season window (Ordibehesht to Mehr), reaching approximately 0.70 USD m⁻³ in Mordad (minimum) and 0.93 USD m⁻³ in Ordibehesht (maximum within that window). A screening operational environmental assessment further indicates that, because the thermal input is solar, emissions are primarily driven by pump electricity and are negligible compared with fossil-energy-dependent desalination options. Overall, the results support the seasonal competitiveness of the optimized parallel layout with reverse osmosis in warm months and provide a practical framework for optimal design selection and annual economic operation planning.
كليدواژه هاي فارسي
نمكزدايي خورشيدي , حوضچه خورشيدي , كلكتور سهموي- خطي , مديريت آرايش كالكتورها , بهينهسازي مساحت
كليدواژه هاي لاتين
Solar thermal desalination , Parabolic trough collector , Shallow evaporation basin , Series–parallel collector layout
Author
Seyed Hossein Mahmoudi Pouya
SuperVisor
Alireza Zahedi