بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
طراحی حوضچه تبخیري در مجاورت استخر خورشیدي تحت شرایط آب و هوایی ایران
چکیده
در مناطقی که با کمبود آب شور روبرو هستیم و میزان تبخیر خالص زیاد است، ایده الحاق حوضچه تبخیري به استخر خورشیدي میتواند مفید باشد. به منظور بررسی تأثیرشرایط محیطی وآب وهوایی، حوضچههـاي تبخیـري در شـرایط مختلف آب و هوایی ایران در مجاورت استخر خورشیدي فرضی طراحی گردیدند. براي بدست آوردن سطح حوضـچه از یک مدل ریاضی که بر مبناي تعادل جرمی و حجمی نوشته شد استفاده گردید. بدین ترتیب، در مناطقی که داراي نرخ بالاي تبخیر هستند، سطح کوچکی براي حوضچه تبخیري بدست میآید و چنانچه طراحی تحت شـرایط آب و هـوایی تابستان صورت گیرد کمترین سطح ممکن را در طول سال خواهیم داشت. هنگامی کـه از آب شـور جهـت شستشـوي سطحی استخر خورشیدي استفاده گردد، سطح حوضچه تبخیري به مراتب بزرگتر از زمانی خواهد بود که از آب شیرین براي شستشوي سطحی استفاده کنیم. همچنین حجم آب لازم براي شستشوي سطحی اسـتخر در تابسـتان بیشـتر از فصلهاي دیگر میباشد.
واژه هاي کلیدي : استخر خورشیدي، حوضچه تبخیري، تبخیر خالص، محاسبه جرم نمک، آب شور
-1 مقدمه
استخرهاي خورشیدي گرادیان نمک (Salinity Gradient Solar Pond) به عنوان منابع دریافتکننـده و ذخیـرهکننـده انرژي به شمار میروند. این استخرها حاوي سیال آب نمک درسه لایه بـا چگـالیهـاي مختلـف مـیباشـند. شـکل((1
شماتیکی از یک استخر خورشیدي را نشان میدهد. لایه بالایی شامل سیالی سبک با چگالی ثابت است و ضـخامتی در حدود 0/3 متر دارد. در لایه میانی چگالی سیال متغیر است به طوري که با افزایش عمق افزایش مییابد و ضخامت آن بینتا 1/5 1 متر است. لایه پایینی شامل سیالی سنگین با چگالی ثابت است و ضخامت آن حدود 1 متر میباشد.
شکل :(1) طرح شماتیک یک استخر خورشیدي[1]
در نتیجه افزایش چگالی سیال در لایه میانی، حرکت همرفتی ناشی از افزایش دما به دلیل تابش نـورانی در ایـن لایـه متوقف میشود. در نتیجه دماي لایه پایینی در کف استخر به دلیل تجمع انرژي حرارتـی بـه مقـدار قابـل ملاحظـهاي اضافه میشود. پس از افزایش دماي سیال در لایه پایینی میتوان (در یک سیکل بسته) آن را به خارج از استخر پمپـاژ کرده و به طریق مناسبی مقداري از حرارت آن را گرفت و سیال را به لایه مربوطه بازگشت داد. به دلیل انتشار طبیعـی نمک (دیفیوژن) از لایه پایینی از چگالی این لایه کاسته شده و بر میزان شوري و چگالی لایه بالایی افزوده مـیگـردد. (میزان سالانه این انتشار نمک توسط تابور 20 تا 30 کیلوگرم تخمین زده شده است). این امر باعـث بـه هـم خـوردن ساختار چگالی در استخر و تبدیل آن به یک حوضچه معمولی میشود. براي جلوگیري از این عمل بایستی لایه سطحی را با آب تمیز شستشو داد و براي جبران کمبود نمک لایه زیرین ،آب نمک غلیظ به آن تزریـق کـرد. در منـاطقی کـه شاهد تبخیر بالا و کمبود نمک هستیم میتوان از یک حوضچه تبخیري کـه بـا اسـتخر خورشـیدي ترکیـب مـیشـود استفاده نمود. شکل ( 2) شماتیکی از ترکیب حوضچه تبخیري و استخر خورشیدي را نشان میدهد.
شکل(2 ):ترکیب یک استخر خورشیدي با حوضچه تبخیري [2]
لایه سطحی استخر توسط آب تمیز یا با شوري 3/5 درصد به وسیله جریان حجمـی Q1 شستشـو داده مـیشـود و از طریق جریان Q4 وارد حوضچه تبخیري میگردد. آب نمک رقیق در این حوضـچه در اثـر تـابش خورشـیدي و سـایر عوامل جوي تبخیر شده وپس ازتغلیظجریانتوسط Q7 قابل تزریق به لایه زیرین استخر میگردد.
-2 محاسبه نسبت سطح حوضچه تبخیري به استخر خورشیدي
براي محاسبه سطح حوضچه تبخیري معادلات تعادل حجمی آب و تعادل وزنی نمک با فرضیات زیر نوشته شد[2]
الف) میزان جریان حجمی و دیگر پارامترها به عنوان مقادیر متوسط دوره زمانی مربوطه در نظر گرفته شدند.
ب) براي سیستم مورد نظر فرض شد که شرایط جریان به صورت ماندگار باشد.
براي حفظ تعادل نمک در استخر خورشیدي میبایست کلیه نمکی که از لایه پایینی به سطح آن منتشـر مـیشـود بـا مقدار نمکی که از حوضچه تبخیري به آن تزریق میگردد برابر باشد بنابراین داریم:
براي حفظ تعادل حجمی در استخر خورشیدي در دوره زمانی خاص برقراري رابطه زیر الزامی است (شکل(2
که در آنجا R عبارتست از میزان بارندگی بر واحد سطح استخر و ESP میزان تبخیر از واحد سطح استخر در دوره
مورد نظر میباشد. بنابراین:
با جایگذاري روابط (1) و (5) در رابطه تعادل حجمی (2) داریم:
معادله تعادل جرمی نمک در استخر خورشیدي را به شکل زیر میتوان نوشت:با قرار دادن روابط (1) و (6) در رابطه (7) و مرتب کردن معادله بر حسب Q1 میتوان نوشت:
به عبارتی از رابطه فوق میزان حجم آب جبرانکننده براي شستشوي سطحی استخر در یک دوره خاص بدست میآید.
اکنون روابط و معادلات حاکم بر حوضچه تبخیري را بررسی میکنیم: رابطه تعادل حجمی در حوضچه تبخیري مطابق
زیر نوشته شکل میشود ( :(2
براي به دست آوردن سطح مورد نیاز حوضچه تبخیري میبایست رابطه (11) را بـه صـورت تـابعی از دادههـاي معلـوم یعنی سطح استخر خورشیدي ( ( ASP و غلظتهاي مشخص ورودي و خروجی به استخر بنویسیم:
اگر از روابط (6) و (1) مقادیررابطهQ4و Q7 را در (10) قرار دهیم:
)
در نهایت با قرار دادن رابطه (8) در رابطه (12) داریم:
1-2 محاسبه تبخیر از سطح آب شور
براي محاسبه تبخیر از سطح آب شور از فرمول دالتون استفاده شد.
در فرمول TSat (14) دماي آب سطحی براي استخر خورشیدي و آب حوضچه تبخیري است. β(S)اصطلاحاً ضـریب فعالیت آب براي تبخیر است که با افزایش درصد شوري S، کاهش مییابـد. بـراي β مقـادیر مختلفـی را بـا توجـه بـه محلولهاي متفاوت در شوريهاي مختلف میتوان محاسبه و تخمین زدفرمول.میتوان β(S) را از (15) بدین شـکل بدست آورد که ابتدا با توجه به نوع نمک از جدول (1) ضرایب a و b را استخراج کرد سـپس بـا توجـه بـه شـوري آب نمک (S) مقدار β را به دست آورد.
