ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ДВУХФАЗНОГО ТЕПЛООБМЕНА ПРИ ИСПАРЕНИИ И КОНДЕНСАЦИИ ВНУТРИ СОЛНЕЧНОГО ДИСТИЛЛЯТОРА

В данной статье представлен сравнительный анализ двух конфигураций солнечного дистиллятора с использованием лицензированного программного комплекса ANSYS 2023R2 и метода вычислительной гидродинамики (CFD). Для моделирования применена модель VoF (Volume of Fluid), которая позволяет рассчитывать переход жидкости из одной фазы в другую. Следует отметить, что модель VoF способна воспроизводить процессы парообразования исключительно для визуализации, без практического применения численных результатов, что соответствует теоретическим ожиданиям. Актуальность исследования обусловлена глобальным кризисом питьевой воды, что требует повышения эффективности систем опреснения. Данный метод получения чистой воды является одним из наиболее экологически безопасных, что и стало основной причиной выбора объекта исследования. Целью работы является численный анализ и исследование солнечного дистиллятора, сравнительный анализ двух его конфигураций, а также оценка возможных модификаций для повышения эффективности установки. В ходе исследования были смоделированы тепловые потоки внутри установки, а также распределение объемной доли пара и изменение температуры во времени. Полученные результаты демонстрируют более высокую эффективность и производительность двухскатной конфигурации по сравнению с односкатной. Исследование также детализирует физические процессы, происходящие внутри установки, и определяет направления для дальнейшего совершенствования моделирования данной системы в ANSYS.

1. Peter H. Gleick Water in crisis: a guide to the world's freshwater resources. – Oxford University Press, 1993. – 473 p.

2. Global Solar Atlas. URL: https://globalsolaratlas.info/ (өтініш берілген күн 29.04.2024)

3. Abhay Agrawal, Rana R.S., Srivastava Pankaj K. Heat transfer coefficients and productivity of a single slope single basin solar still in Indian climatic condition: Experimental and theoretical comparison // ResourceEfficient Technologies. – 2017. – Vol. 3. – Р. 466–482.

4. Khadim M. A. A. A., Abd AL-Awahid W.A., Hachim D.M. Review on the types of solar stills // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2020. – Vol. 928. – No. 022046.

5. Sampathkumar K., Arjunan T.V., Pitchandi P. Active Solar Distillation – A Detailed Review //Renew. Sustain. Energy Rev. – 2010. – No. 14. – P.1503–1526.

6. Rahul Dev, Tiwari G.N. Characteristic equation of a passive solar still // Desalination. – 2009. – Vol. 245. – P. 246–265.

7. Al-Karaghoulia A. A., Alnaserb W.E. Performances of single and double basin solar-stills // Applied Energy. – 2004. – Vol. 78. – P. 347–354.

8. Boubekria M., Chakerb A. Yield of an improved solar still: numerical approach // Energy Procedia. – 2011. – Vol. 6. – P. 610–617.

9. Mohamed Elashmawy An experimental investigation of a parabolic concentrator solar tracking system integrated with a tubular solar still // Desalination. – 2017. – Vol. 411. – Р. 1–8.

10. Al-Doori G. F. L., Moosa I. S., and Saleh A. A. M. Enhanced productivity of double-slope solar still using local rocks // Int. J. Smart Grid Clean Energy – 2019. – Vol. 8(3) – P. 307–312.

11. Belyayev Ye., Mohanraj M., Jayaraj S. & Kaltayev A. Thermal performance simulation of a heat pump assisted solar desalination system for Kazakhstan climatic conditions // Heat Transfer Engineering. – 2018. – Vol. 40(12) – Р. 1060–1072.

12. Elango C., Gunasekaran N., Sampathkumar K. Thermal modelsofsolarstill –A comprehensivereview // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2015. – Vol. 47. – Р. 856–911.

13. Vassilis B., Soteris K., Emmy D. Thermal Solar Desalination: Methods and Systems. – Academic Press, 2016. – 382 p.

14. Dunkle R.V. Solar water distillation: the roof type still and multiple effect diffusion still // International Developments in Heat Transfer, ASME, Proceedings of International Heat Transfer Conference, University of Colorado. – 1961. – Vol. 5 – P. 895–902.

15. Shukla S.K., Sorayan V.P.S. Thermal modeling of solar stills an experimental validation // Renewable Energy. – 2005. – Vol. 30. – Р. 683–699.

16. Савельев И. В. Курс общей физики, т. 1. Механика. Молекулярная физика: Учебное пособие. – 2-е изд. перераб. – М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1982. – С. 432.

17. Peter William Atkins, Julio De Paula, James Keeler Atkins Physical Chemistry. – Oxford University Press, 2018. – 908 p.

18. Richard C. T. The Principles of Statistical Mechanics. – Courier Corporation, 1979. – Р. 660.

19. Yakubov S. & Cankurt B. & Maquil T. & Schiller P. & Abdel-Maksoud M. & Rung T. Euler-Euler and Euler-Lagrange approaches to cavitation modelling in marine applications // MARINE 2011 – Computational Methods in Marine Engineering. – 2011. – Vol. 4. – Р. 544–555.

20. Yu Liu, Mikael Ersson, Heping Liu, Pär Jönsson, and Yong Gan Comparison of Euler-Euler Approach and Euler–Lagrange Approach to Model Gas Injection in a Ladle // Steel Research International. – 2019. – Vol. 90(5).

21. Amit Kumar CFD Modeling and Validation of a single slope Solar Still: Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Award of Degree of Master of Technology in Energy Engineering / Department of mechanical engineering, Malaviya national institute of technology. – Jaipur. – 2015. – 69 p.

22. ANSYS. Available online: https://ansyshelp.ansys.com/public/account/secured?returnurl=////Views/Secured/corp/v242/en/flu_th/flu_th.html

23. ANSYS Fluent software license, 23R2, ANSYS, Inc., Satbayev University, Almaty, Kazakhstan.