|
EMU I-REP >
02 Faculty of Engineering >
Department of Mechanical Engineering >
Theses (Master's and Ph.D) – Mechanical Engineering >
Please use this identifier to cite or link to this item:
http://hdl.handle.net/11129/3794
|
Title: | Experimental Innovation and Performance Assessment of a Solar HDD System |
Authors: | Egelioğlu, Fuat (Co-Supervisor) Atikol, Uğur (Supervisor) Ghazal, Maher Eastern Mediterranean University, Faculty of Engineering, Dept. of Mechanical Engineering |
Keywords: | Mechanical Engineering Water Purification Energy consumption Saline water conversion Renewable energy sources Solar Desalination HDD Bubble regeneration Heat and Mass Transfer GOR |
Issue Date: | Feb-2015 |
Publisher: | Eastern Mediterranean University (EMU) - Doğu Akdeniz Üniversitesi (DAÜ) |
Citation: | Ghazal, Maher. (2015). Experimental Innovation and Performance Assessment of a Solar HDD System. Thesis (Ph.D.), Eastern Mediterranean University, Institute of Graduate Studies and Research, Dept. of Mechanical Engineering, Famagusta: North Cyprus. |
Abstract: | The solar humidification dehumidification desalination (HDD) systems described in
the literature have four main components, namely, the air heater, the water heater, the
humidifier, and the dehumidifier. The heating of air and water are carried out in
thermal solar collectors. These components physically occupy a considerable amount
of space and the performances of the HDD systems still possess room for
improvement.
In the present work a novel humidification mechanism is developed, in which the
processes of water and air heating and humidifying are contained in the same unit,
giving opportunity to designing smaller sized HDD systems. The unit is essentially a
solar collector filled with water. Air is driven in the form of bubbles while some
water vapor mixes with it. By the time bubbles reach the outlet of the unit at the top,
it is possible to have almost 100% relative humidity.
The solar unit was designed and constructed using the experience gained from a
preliminary experiment conducted in the laboratory. In this experiment air was
charged through a sparger that was immersed in water and located at the bottom of
the humidifier. The experiment was performed under different configurations. Water
temperature, air mass flow rate, water level, and the pitch distance between the holes
in the spargers are the variables under which the humidification unit was tested.
Higher water temperature, higher air mass flow rate, and higher water level resulted
in the highest performance when the pitch distance was 10 mm. In an attempt to increase the performance of the unit, intermediate bubble regeneration stages were
added. As a result, significant increase in the humidification effectiveness of the unit
was observed. The number of bubble regeneration stages for obtaining the maximum
humidification effectiveness at any temperature and air flow rate was found to be
eight. The effectiveness of the humidification process at a water level of 40cm with 8
bubble-regeneration stages was 100%.
Experiments of the solar unit were conducted under the weather conditions of North
Cyprus. Outlet air approaches saturation and its temperature is found to reach the hot
water temperature in the collector (thus increasing the vapor carrying capacity).
Moreover, the effectiveness of the humidification process is found to be maximized.
The system is capable of producing 15kg/m2 of fresh water per day. The normalized
production of the system is compared with different pilot and commercial scale solar
systems. It is found that the present design has a superior performance.
Keywords: Solar Desalination, HDD, Bubble regeneration, Heat and Mass Transfer,
GOR Öz: Literatürde anlatılan güneş enerjili nemlendirme-nemalma damıtma sistemlerinin
dört ana elemanı vardır, bunlar, hava ısıtıcısı, su ısıtıcısı, nemlendirici, ve nem
alıcıdır. Hava ve su ısıtması güneş termal kolektörleri ile yapılmaktadır. Bu
elemanlar fiziksel olarak önemli yer kaplamaktadırlar ve nemlendirme-nemalma
damıtma sistemlerinin performansları geliştirilmeye uygundur.
Bu çalışmada yeni bir nemlendirme mekanizması geliştirilmiştir, burada su ve hava
ısıtması ile nemlendirme işlemleri aynı ünite içerisinde yapıldığından küçük boyutlu
nemlendirme-nemalma damıtma sistemlerinin tasarımına fırsatı verildi. Ünite esas
olarak su ile doldurulmuş bir güneş kolektörüdür. Hava kabarcıklar halinde
sürülürken içerisine bir miktar su buharı karışır. Kabarcıklar üst kısımdaki ünitenin
çıkışına ulaştığında, bağıl nemin hemen hemen %100 olması mümkündür. Güneş
ünitesi laboratuvarda yapılan ön deneylerden elde edilen deneyimlerden tasarlanıp
inşa edilmiştir. Bu deneyde hava su içerisine daldırılan nemlendiricinin alt
kısmındaki süzgeçten geçirilerek tahrik edildi. Deney farklı konfigürasyonlarda
yapıldı. Nemlendirme ünitesi, su sıcaklığı, hava kütle akış hızı, su seviyesi, ve
süzgeçlerdeki delikler arasındaki perde mesafesi değişkenlerine göre test edildi.
Süzgeç delikleri arasındaki mesafe 10 mm iken yüksek su sıcaklığı, yüksek hava
kütlesi debisi ve yüksek su seviyesi en yüksek performans verdi. Ünitenin
performansını artırmak için bir ara kabarcık yenileme aşaması ilave edildi. Bunun
sonucu olarak, cihazın nemlendirme etkinliğinde önemli bir artış gözlenmiştir.
Herhangi bir sıcaklık ve hava akış hızında en yüksek nemlendirme etkinliğini elde etmek için kabarcık rejenerasyon aşamalarının sayısı sekiz olarak bulunmuştur.
Sekiz kabarcık-rejenerasyon aşaması ile 40cm’lik su seviyesinde nemlendirme
sürecinin etkinliği% 100 idi.
Güneş ünitesinin deneyleri Kuzey Kıbrıs hava koşullarında yürütülmüştür. Çıkış
havası doymuş ve sıcaklığı kollektördeki suyun sıcaklığına ulaştığı bulunmuştur.
Ayrıca, nemlendirme işleminin verimliliğinin maksimize olduğu bulundu. Sistem
günde 15 kg/m2 taze su üretme yeteneğine sahiptir. Sistemin normalize üretimi
farklı pilot ve ticari ölçekli güneş enerjisi sistemleri ile karşılaştırıldı. Mevcut
tasarımın üstün performansa sahip olduğu bulunmuştur.
Anahtar kelimeler: Güneş su damıtma, Nemlendirme-nemalma arıtma, kabarcık
rejerasyonu, ısı ve kütle transferi, kazanç-verim oranı |
Description: | Doctor of Philosophy in Mechanical Engineering. Thesis (Ph.D.)--Eastern Mediterranean University, Faculty of Engineering, Dept. of Mechanical Engineering, 2015. Co-Supervisor: Prof. Dr. Fuat Egelioğlu, Supervisor: Prof. Dr. Uğur Atikol. |
URI: | http://hdl.handle.net/11129/3794 |
Appears in Collections: | Theses (Master's and Ph.D) – Mechanical Engineering
|
This item is protected by original copyright
|
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
|