به گزارش شهرآرانیوز؛ سیدامید حقانی پیوندی در رساله دکتری خود با راهنمایی محمدمهدی هیهات در دانشگاه تربیت مدرس، سامانهای برای تبخیر سطحی خورشیدی با هدف تولید آب شیرین از منابع آب شور طراحی و عملکرد آن را بررسی کرده است.
این پژوهش با تمرکز بر یکی از چالشهای اصلی فناوری تبخیر خورشیدی، یعنی نرخ پایین تبخیر و تجمع نمک روی سطوح فوتوترمال، به دنبال ارائه راهکاری پایدار، کمهزینه و سازگار با محیطزیست برای نمکزدایی آب بوده است.
در مرحله نخست، عملکرد یک المان تبخیر خورشیدی بینسطحی استوانهای توخالی در آب شیرین بررسی شد. استفاده از دیوارههای آبدوست در این ساختار، ضمن حفظ جریان سیال در سطح تبخیر، جذب مؤثر نور خورشید و کاهش تلفات حرارتی را امکانپذیر کرد. نتایج نشان داد بازده تولید بخار این سامانه به حدود ۱۱۱.۲۱ درصد میرسد و افزودن جریان باد با سرعت یک متر بر ثانیه، نرخ تولید بخار را حدود ۱۱۸ درصد افزایش میدهد.
شبیهسازیهای عددی نیز تطابق مناسبی با نتایج آزمایشگاهی داشت و حداکثر اختلاف میان نتایج عددی و تجربی حدود ۱۰.۵۲ درصد گزارش شد. بررسیها همچنین نشان داد جریان باد با ایجاد گردابه و افزایش رطوبت نسبی، نقش دیوارههای داخلی ساختار استوانهای را در تولید بخار کاهش میدهد.
در ادامه، پژوهشگر با الهام از ساختار بادگیرها و بدن ماهی، هندسه سامانه را اصلاح کرد. این تغییرات توانستند نرخ تولید بخار را در شرایط جریان همرفتی آب شیرین، بهترتیب حدود ۲۴.۳۴ و ۶۰.۸۶ درصد نسبت به ساختار استوانهای معمولی افزایش دهند.
بررسی آرایههای مختلف تبخیر نیز نشان داد آرایش مثلثی عملکرد بهتری نسبت به چینش مستطیلی دارد. در این آرایش، نرخ تبخیر به حدود ۴.۸۸ کیلوگرم بر مترمربع در ساعت رسید.
یکی از بخشهای مهم این پژوهش، مقابله با مشکل تجمع نمک در زمان استفاده از آب شور بود. برای این منظور، ساختار ژانوس با دیوارههای داخلی آبگریز و دیوارههای خارجی آبدوست طراحی شد. این ساختار با کاهش تشکیل کریستالهای نمک روی سطوح جاذب نور، توانست به میانگین نرخ تولید بخار حدود ۴.۶۹ کیلوگرم بر مترمربع در ساعت دست یابد.
همچنین استفاده از پوشش جاذب نور ژانوس در ساختارهای الهامگرفته از بادگیر و بدن ماهی، نرخ تولید بخار را در آب شور بهترتیب به حدود ۴.۵ و ۶.۵۸ کیلوگرم بر مترمربع در ساعت رساند.
بر اساس تحلیل اقتصادی پژوهش، آرایههای الهامگرفته از ساختار بدن ماهی نیز در میان طرحهای بررسیشده، عملکرد اقتصادی مطلوبتری داشتند و هزینه تولید بخار آنها حدود ۰.۸ دلار به ازای هر کیلوگرم بر مترمربع در ساعت برآورد شد.
نتایج این پژوهش نشان میدهد ترکیب الهام از طبیعت، کنترل ترشوندگی سطوح و بهرهگیری هدفمند از جریان باد میتواند راهکاری مؤثر برای افزایش تبخیر، کاهش تجمع نمک و بهبود فرآیند نمکزدایی باشد؛ رویکردی که میتواند برای توسعه سامانههای پایدار و کمهزینه تولید آب شیرین در مناطق کمآب مورد استفاده قرار گیرد.
منبع: ایسنا