بخشی از مقاله
چکیده
یک منبع تکمیلی تامین آب در شرایط بحرانی، چگالش رطوبت هوا است. چگالش توسط سطحی که دمای آن زیر نقطه شبنم است، صورت میگیرد. عامل تعیین کننده در سرعت چگالش شرایط آب و هوایی است. در این تحقیق از تکنیک CFD برای شبیهسازی فرایند چگالش و بررسی تاثیر شرایط آب و هوا استفاده شده.
نتایج شبیهسازی نشان دادند که در سرعتهای پایین با افزایش دمای هوا بدلیل افزایش میزان بخار آب موجود در هوا، ابتدا سرعت چگالش افزایش مییابد، سپس بدلیل افزایش انتقال حرارت جابجایی کاهش مییابد . با افزایش سرعت باد نیز در ابتدا، چون هوای تازه در معرض سطح قرار میگیرد، سرعت چگالش افزایش مییابد، سپس باز بدلیل انتقال حرارت جابجایی، سرعت چگالش کاهش مییابد.
.1 مقدمه
کمبود آب آشامیدنی یک مشکل دیرینه و شایع در مناطق گرم و خشک است. منابع تامین آب در این مناطق کم است یا آب این منابع شور است. استفاده از یک منبع جایگزین آب در طول 20 سال گذشته تست شده است. این روشها بیشتر، تصفیه آب استفاده شده، رفع یونهای آب شور1F0 و نمک زدایی آب دریا بودند. هزینه این روشها هنوز 10 برابر بیشتر از آبی است که از طریق معمول بدست میآید
در صورت عدم بارش باران و در دسترس نبودن آب های زیرزمینی در مناطقی که رطوبت نسبی هوا بالا و آسمان صاف است میتوان از کندانس کردن رطوبت هوا برای تامین آب استفاده کرد .[2] در شرایط طبیعی در مناطق خشک، گیاهان و درختان بطور وسیعی از رطوبت هوای میعان یافته - شبنم - استفاده میکنند. ساخت وسیلهای که رطوبت هوا را میعان کند و استفاده از آب میعان شده به عنوان یک منبع تکمیلی تامین آب در مناطقی که منابع دیگر آب مثل باران و آبهای زیرزمینی بسیار کمیاب میباشد یا در فصول کمبارش، مفید است
در این روش، رطوبت هوا توسط سطحی که در شب با تابش، دما از دست میدهد و سطح آن سرد میشود، به آب تبدیل میشود. در شب آسمان مثل جسم سیاه عمل میکند و بوسیله تابش گرما دریافت میکند، هر چقدر که قابلیت انتشار جسم بیشتر باشد گرمای بیشتری از دست میدهد و دمای آن سردتر میشود.علاقه به جمع آوری آب از این طریق به این دلیل است که انرژی مورد نیاز برای سرد کردن رایگان و پایدار است. بعلاوه سرمایه گذاری مالی کمی نیاز دارد و حتی اگر قسمتی از سطح چگالنده آسیب ببیند چگالنده همچنان میتواند کار کند
محدودیت اصلی در کندانس شدن آب در مناطق گرم و خشک شرایط آب و هوایی است .[5] هدف از این تحقیق بررسی تاثیر شرایط آب و هوای بر راندمان چگالش رطوبت هوا است. از نرمافزار CFD برای شبیهسازی جریان هوای عبوری از روی یک صفحه و بررسی تغییرات دمای سطح و سرعت چگالش رطوبت هوا نسبت به تغییرات سرعت وزش باد و رطوبت نسبی هوا استفاده شده است. شبیهسازی بصورت دو بعدی انجام شده و طول صفحه 1 m در نظر گرفته شده است.
.2 تئوری و پیشینه تحقیق
یک صفحه صاف را در نظر بگیرید که بصورت افقی در معرض آسمان صاف شب قرار گرفته است. گرما از طریق هدایت از زیر صفحه و از طریق جابجایی از هوای اطراف به آن وارد میشود و در صورتی که چگالش رطوبت هوا رخ دهد گرمای نهان چگالش نیز باعث گرم شدن صفحه میشود . صفحه از طریق تابشی که با آسمان در شب دارد گرما از دست میدهد، بالا بودن قابلیت انتشار صفحه باعث سردتر شدن آن در طول شب میشود. معادله موازنه انرژی زیر برای واحد سطح بصورت پایا نوشته شده است، فرض شده است که هیچ گرمایی درون فویل انباشته نمیشود:
اولین سند موجود در ساخت چگالندههای تابشی مربوط به یک مهندس روسی است. این چگالنده ساختار مخروطی شکل داشت و از سنگ ریزه های شفاف - به قطر 15-40 سانتی متر - ساخته شده بود. قطر این مخروط در پایین 20 متر بوده است ودر بالا 8 متر و ارتفاعی به طول 6 متر داشته است
در اوایل سال 1960 یک چگالنده تابشی ساده از یک ورقه پلی اتیلن در اسرائیل ساخته شده که از آن برای آبیاری گیاهان استفاده شد. نمونه های گیاهی آبیاری شده به وسیلهی این مقدار بسیار کم آب، بهتر زنده ماندند. نمونه های دیگر که توسط این آب، آبیاری نشدند در طول تابستان به دلیل کمبود آب خشکیدند . و در سال 1986 یک چگالنده از یک فویل مخصوص در مکزیک ساخته شد که برای آبیاری گیاهان تازه کاشته شده بکار می رفت.
موسیلی1F1 وهمکارانش میزان چگالش آب در ساحل مدیترانهای دالماسی2F2 و جزایر کروشا3F3 را مورد بررسی قرار دادند. آزمایشات در دو مکان انجام شد، یک مکان باز در یک منطقه مساعد برای شکلگیری شبنم در ساحل - زادار - 4F4 و دیگری در یک منطقه که شرایط آن برای چگالش کمتر مساعد است - در کوهها در کومیزا. - 5F5 بیشترین بازده در زادار 0/41 mm بود ه و در کومیزا .0/6 mm متوسط بازده تجمعی سالانه در زادار 20mm و در کومیزا 9/3 mm بوده است. این به دلیل شرایط آب و هوائی کومیزا است که چگالش در آن کم بوده است. در طول فصل خشک میزان بازده تجمعی ماهانه میتواند تا %38 میزان بارش باشد. در هر دو ماه ژوئیه در سالهای 2003 و 2006، میزان بازده تجمعی چگالش %120 میزان بارش باران در همان ماه بوده است
لکاچ6F6 و همکارانش میزان آب جمعآوری شده در طول یک سال - - 2007-2008 از طریق چگالش را در ناحیه خشک میرلفت7F7 ، مراکش، به عنوان یک منبع تکمیلی برای تامین آب اندازهگیری کردند. آنها از چهار چگالنده صفحهای به مساحت 1 m2 استفاده کردند که در سمت شمال، جنوب، غرب و شرق قرار داده شدهاند. چهار کندانسور تقریبا بازده یکسانی داشتند چون بوسیلهی دیوارها از وزش باد محافظت شدند. در ضمن آب عمدتا زمانی شکل میگیرد که سرعت باد کم است مثلا کمتر از .1 m/s میزان آبی که از طریق چگالش بدست آمد تقریبا %40 بارش سالانه است
در سال 2006 یک چگالنده ذوزنقهای شکل در ناحیه نیمهخشک شمال غربی هند به مساحت 850m2 ساخته شد. این چگالنده بر روی زمین ماسهای نصب و زیر آن عایق کاری شد. بازده این چگالنده %15 کمتر از چگالندههایی است که در چارچوب فلزی قرار گرفتهاند و بر روی زمین نیستند، اما مزیت این نوع چگالندهها این است که میتوان آنها را در ابعاد بزرگ ساخت و در هر زمان میتوان سطح آنها را توسعه داد .[11] در جنوب ایران به دلیل کمبود بارش و رطوبت بالای هوا زمینه استفاده از این نوع چگالندهها وجود دارد.
