مهندسی آب تصفیه

مهندسی آب پاک چیست؟

مطالعه فن‌آوری و روش‌هایی که می‌توان از آنها برای افزایش کیفیت آب برای آشامیدن، آبیاری و سایر اهداف استفاده کرد، شاخه ای از رشته مهندسی است که به نام «مهندسی آب پاک» شناخته می‌شود. برای پاکسازی منابع آب از ناخالصی ها از روش های مختلفی از جمله فیلتراسیون، ضدعفونی و نمک زدایی استفاده می شود.این رشته همچنین برای توزیع ایمن و موثر آب پاک شامل طراحی زیرساخت ها و ایجاد سیستم هایی برای نظارت و کنترل کیفیت آب است.

امروزه کمبود منابع آب پاک در سراسر جهان مهمترین چالش بشری است. به طور کلی کمتر از 3 درصد از منابع آبی جهان را آب پاک تشکیل می دهند. رشد جمعیت و افزایش بی رویه مصرف آب خانگی، افزایش مصرف آب در صنعت، افزایش مصرف آب در کشاورزی و … از عوامل کاهش منابع آبی موجود در جهان است. افزایش فعالیت های صنعتی، رشد گازهای گلخانه ای، افزایش آلودگی هوا و در نهایت گرم شدن بیش از حد زمین نیز از عواملی هستند که امکان جبران آب در چرخه طبیعت از طریق بارندگی را کاهش می دهند.

بنابراین نمک زدایی آب یکی از مهم ترین مسائل دنیاست. نمک زدایی آب علم جدیدی نیست و چندین سال است که در کشورهای مختلف در حال پیشرفت است. بسیاری از محققین و مهندسان بر روی این موضوع کار می کنند تا طرح ها و روش هایی ارائه دهند که کارایی فرآیند نمک زدایی آب را افزایش دهد.

نمک زدایی آب به معنای مجموعه ای از فرآیندهایی است که برای تصفیه آب شور و ناخالص انجام می شود. از طریق آن تمام مواد محلول در آب جدا می شوند. لازم به ذکر است که نمک زدایی صرفاً به معنای جداسازی نمک محلول در آب نیست. همچنین عملیات تصفیه آب با حذف ناخالصی های آب مانند باکتری ها و ویروس ها نیز جزئی از این صنعت محسوب می شود.

چگونه می توان از شبیه سازی CFD در صنایع آب پاک استفاده کرد؟

کسب و کارهای آب پاک می توانند از شبیه سازی CFD برای بهبود طراحی سیستم های تصفیه آب از جمله فیلتراسیون، ته نشینی و لخته سازی استفاده کنند. از CFD می توان برای بررسی جریان آب از طریق سیستم، نقاط تلاطم و رکود و بهبود طراحی سیستم برای افزایش عملکرد و مصرف انرژی کمتر استفاده کرد. عملکرد سیستم های تصفیه آب تحت شرایط مختلف محیطی مانند دما، فشار و سرعت جریان نیز با استفاده از CFD قابل بررسی است. علاوه بر این، از CFD می توان برای بهینه سازی طراحی سیستم های تصفیه آب برای کاهش خطر آلودگی و تقلید رفتار آلاینده های موجود در آب مانند باکتری ها، ویروس ها و سایر ذرات استفاده کرد.

روش های زیادی برای تصفیه آب در سال های اخیر ارائه شده است. هر روشی مزایا و معایبی دارد و با توجه به کاربردش مورد استفاده قرار می گیرد. روش های زیادی برای تصفیه آب وجود دارد، اما اگر بخواهیم یک طبقه بندی کلی ارائه دهیم، همه روش ها به دو دسته کلی تقسیم می شوند:

• نمک زدایی حرارتی
• نمک زدایی غشایی
  تعاریف زیادی برای بیان تفاوت بین روش های حرارتی و غشایی ارائه شده است. تفاوت اصلی این دو روش در این است که در روش حرارتی تغییر فاز رخ می دهد در حالی که در روش غشایی تغییر فاز هرگز اتفاق نمی افتد.

هر روش نمک زدایی با توجه به مزایا و معایب، کاربردهای خاصی دارد. بنابراین، انتخاب سیستم مناسب برای تولید بهینه آب تصفیه شده مهم است. لازم است برای دستیابی به انتخاب صحیح، عملکرد سیستم های مذکور به درستی تحلیل شود. با تحلیل عملکرد این سیستم ها می توان به قابلیت های آنها پی برد.

روش های تجربی روش مناسبی برای بررسی عملکرد این سیستم ها نیستند. زیرا مستلزم هزینه زیادی است و از طرفی زمان زیادی تلف می شود. بنابراین می توانیم به شبیه سازی عددی روی بیاوریم. مدل‌سازی مورد مطالعه، تعریف سیالات مورد نظر و استفاده از حل‌کننده و روش‌های گسسته‌سازی در مبحث دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) گنجانده شده است. نرم‌افزارهای تجاری زیادی برای حل عددی وجود دارد. یکی از قوی ترین و دقیق ترین نرم افزارها نرم افزار ANSYS Fluent می باشد. ما چندین نوع سیستم نمک زدایی آب را با نرم افزار ANSYS Fluent شبیه سازی عددی کرده ایم.

روش حرارتی نمک زدایی مانند چرخه طبیعی آب عمل می کند. یعنی آب نمک با دریافت گرما تبخیر می شود. بخار تولید شده خالص و بدون نمک و ناخالصی است. حال کافی است این بخار در محیط سرد قرار گیرد تا با از دست دادن گرمای خود باعث تراکم شود. آب حاصل از تراکم کاملاً خالص است. پس این روش باید منبع حرارتی برای تغییر فازها داشته باشد. به همین دلیل این دسته از سیستم های نمک زدایی را روش حرارتی می نامند.

مهم ترین چالش در روش حرارتی، کارایی این سیستم ها است. عیب اصلی روش های حرارتی این است که آنها به منبع گرما نیاز دارند. استفاده از منبع گرما باعث افزایش انرژی می شود.

چند مرحله ای کردن سیستم و استفاده از روش های بازیابی حرارتی به افزایش راندمان در سیستم حرارتی کمک می کند. علاوه بر این، این سیستم‌های حرارتی معمولاً در مجاورت منابع آبی بزرگ مانند دریاها، رودخانه‌ها و اقیانوس‌ها استفاده می‌شوند. این به این دلیل است که حجم زیادی از آب را می توان در مقیاس بزرگ نمک زدایی کرد.

خدمات انسیس فلوئنت در مهندسی و صنایع آب پاک

انواع خدمات شبیه سازی CFD ئر زمینه مهندسی آب پاک برای کمک به مشتریان در درک و بهبود سیستم های آب ارائه می شود. از جمله این خدمات عبارتند از:

 مدل سازی CFD: برای تولید مدل های سه بعدی دقیق از سیستم های آب، از نرم افزار CFD پیشرفته استفاده می کنیم. این ما را قادر می سازد تا دقیقاً جریان آب را مدل سازی کنیم و مناطقی را که ممکن است نیاز به بهبود داشته باشند مشخص کنیم.

تجزیه و تحلیل CFD: ما از تجزیه و تحلیل CFD برای مشخص کردن ناکارآمدی های سیستم و ارائه پیشنهادهایی برای بهبود استفاده می کنیم. این مستلزم مکان یابی تلاطم، افت فشار و سایر نقاط مشکل است.

بهینه سازی CFD: برای تعیین موثرترین طراحی برای یک سیستم آب، از بهینه سازی CFD استفاده می کنیم. به منظور افزایش راندمان، چیدمان لوله ها، پمپ ها و سایر اجزا باید بهینه شود.

تجسم CFD: ما از تجسم CFD برای تولید نمایش های عمیق سیستم های آب استفاده می کنیم. این ما را قادر می سازد تا جریان آب را به طور کامل تری درک کنیم و مکان هایی را که ممکن است از بهبود بهره مند شوند را مشخص کنیم.

انسیس فلوئنت پروژه‌های شبیه‌سازی برون‌سپاری متعددی را برای کاربردهای مهندسی آب پاک صنعتی و تحقیقاتی برای کاربران مبتدی، متوسط و پیشرفته ANSYS Fluent به‌عنوان بسته‌های آموزشی آب پاک، از جمله ۷ پروژه عملی CFD انجام داد:

دستگاه تقطیر آب
حال، اگر قرار باشد سیستم‌های حرارتی در مقیاس کوچک مدل‌سازی شوند، تحلیل عددی آن‌ها برای بررسی عملکرد آن‌ها مهم می‌شود. یکی از روش های تولید آب تصفیه شده استفاده از دستگاه های تقطیر آب خانگی است. ابعاد این دستگاه کوچک و میزان تولید آب شیرین پایین است. مهم ترین ویژگی این سیستم اندازه کوچک آن است. بنابراین این دستگاه در منزل مورد استفاده قرار می گیرد و می تواند به راحتی حمل و جابجا شود. علاوه بر این، اندازه کوچک آن انرژی کمتری مصرف می کند و بنابراین هزینه ساخت کمتری دارد.

این دستگاه دارای بدنه ای تقریبا استوانه ای با ابعاد کوچک می باشد. قسمت پایین آن مخزن آب شور است. یک بخاری برقی در زیر این قسمت برای گرم کردن آب قرار داده شده است. بنابراین قسمت پایین آن را تبخیر کننده می نامند. یک لوله با گام پیچ کم در قسمت بالایی آن قرار داده شده است. یک فن در بالای این قسمت قرار می گیرد تا خنک کننده را به لوله چرخان منتقل کند.

آب مخزن با دریافت گرما تبخیر می شود. هنگامی که تبخیر رخ می دهد، آب خالص به بخار تبدیل می شود و نمک و ناخالصی ها در داخل مخزن می نشینند. حالا این بخار خالص وارد لوله خنک کننده می شود و دما کاهش می یابد. در نتیجه تراکم، بخار به آب خالص تبدیل می شود. ما این مدل را با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent شبیه سازی کرده ایم. نتایج این شبیه سازی را با چند انیمیشن و چند کانتور ارائه کرده ایم.

رطوبت زدایی

برخی از سیستم های حرارتی را می توان در اندازه های مختلف طراحی کرد. به عنوان مثال می توان آنها را در ابعاد کوچک و برای کاربری مسکونی طراحی کرد و در ابعاد بزرگ و در کنار آب دریا ساخت. هزینه مصرف و میزان آب شیرین تولیدی عواملی هستند که می توان با استفاده از آنها ابعاد مناسب برای سیستم مورد نظر را انتخاب کرد.

یکی از روش های موجود در این دسته نمک زدایی با رطوبت و رطوبت زدایی (DHD) است. این سیستم ها از دو بخش اصلی تشکیل شده اند. محفظه استوانه ای به عنوان رطوبت گیر یا کندانسور عمل می کند و محفظه استوانه ای به عنوان رطوبت ساز یا اواپراتور عمل می کند. فرآیند نمک زدایی در این سیستم چرخه ای است. آب شور توسط یک منبع حرارتی گرم می شود و وارد رطوبت ساز می شود.

در این قسمت قطره آب گرم روی لایه های غشایی پاشیده می شود. از طرفی هوای خشک وارد کف این محفظه شده و با آب داغ موجود در این لایه های غشایی برخورد می کند. تماس بین این دو مایع منجر به جداسازی ناخالصی ها از آب می شود. آب خالص تبخیر می شود و با هوای خشک مخلوط می شود تا هوای مرطوب خالص تولید کند. هوای مرطوب از بالای دستگاه رطوبت ساز خارج شده و وارد محفظه رطوبت گیر می شود.

در داخل این بخش، لوله های انتقال جریان سرد وجود دارد. هوای مرطوب پس از تماس با لوله های سرد، دما را کاهش داده و متراکم می شود. در نتیجه آب شیرین در پایان چرخه تولید می شود. ما این مدل را با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent شبیه سازی کرده ایم. نتایج این شبیه سازی را با چند انیمیشن و چند کانتور ارائه کرده ایم.

تقطیر خورشیدی

مهم ترین مسئله در روش های نمک زدایی حرارتی مصرف انرژی آنهاست. نسبت تولید محصول به مصرف انرژی باید مقدار مناسبی باشد. به عبارت دیگر، راندمان سیستم باید بالا باشد. استفاده از انرژی های نو می تواند راه حل خوبی در این زمینه باشد. انرژی خورشیدی در دسترس ترین و ارزان ترین انرژی برای جایگزینی منابع سوخت است.

چندین روش نمک زدایی حرارتی با استفاده از انرژی خورشیدی وجود دارد. در یکی از این سیستم ها از سطوح شیشه ای شیبدار استفاده می شود. پرتوهای خورشیدی از شیشه عبور می کنند و به سطح آب در داخل سیستم می رسند. گرم شدن سطح آب باعث تبخیر سطحی می شود. بخار تولید شده، مواد خالص و ناخالصی است که در انتهای سیستم ته نشین شده است. این بخار خالص به سطح داخلی شیشه شیبدار برخورد کرده و با از دست دادن گرما باعث تراکم می شود. شیب استفاده شده برای لیوان ها باعث می شود قطرات آب مقطر روی سطح لیوان سر بخورد و به سمت خروجی سیستم هدایت شود. ما این مدل را با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent شبیه سازی کرده ایم. نتایج این شبیه سازی را با چند انیمیشن و چند کانتور ارائه کرده ایم.

اسمز معکوس
بر خلاف روش حرارتی، سیستم های نمک زدایی غشایی نیازی به منبع گرما یا تغییر فاز ندارند. بنابراین انرژی بسیار کمی مصرف می کنند و هزینه مصرف را به میزان قابل توجهی کاهش می دهند. در این سیستم ها از غشاهای خاصی برای به دام انداختن ناخالصی های محلول در آب استفاده می شود. در واقع سیال ناخالص با اعمال فشار خارجی مانند الکتروپمپ ها به سمت غشاها یا فیلترهای تعبیه شده در سیستم هدایت می شود. وجود این غشاها در سیستم باعث می شود سیال خالص در یک طرف غشا و مایع با غلظت بالای ناخالصی در طرف دیگر ظاهر شود. به همین دلیل این دسته از سیستم های نمک زدایی را روش غشایی می نامند.

 

چندین روش غشایی برای تولید آب شیرین وجود دارد. معروف ترین روش غشایی سیستم های اسمز معکوس است. این سیستم در صورت قرار گرفتن دو سیال با غلظت های مختلف در کنار یکدیگر مناسب ترین روش برای کارایی و مصرف انرژی محسوب می شود.

جریان سیال به طور طبیعی تمایل دارد از محلولی با غلظت کمتر به غلظت بالاتر جریان یابد تا زمانی که غلظت دو طرف متعادل شود. این حرکت تا زمانی که تعادل از نظر غلظت برقرار شود ادامه می یابد. بنابراین اختلاف سطح در دو قسمت ایجاد می شود که در نتیجه باعث اختلاف فشار می شود. به این اختلاف فشار، اختلاف فشار اسمزی می گویند.

حال اگر فشاری بیشتر از فشار اسمزی به قسمت ناخالص سیستم وارد شود جهت حرکت طبیعی آب برعکس می شود. سیستم نمک زدایی اسمز معکوس با استفاده از پمپ فشاری فراتر از فشار اسمزی ایجاد می کند و از یک غشاء خاص عبور می کند تا نیترات ها، مواد معدنی، مواد شیمیایی و باکتری ها را حذف کند. ما این مدل را با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent شبیه سازی کرده ایم. نتایج این شبیه سازی را با چند انیمیشن و چند کانتور ارائه کرده ایم.

تقطیر غشایی
گاهی اوقات می توان سیستم هایی را طراحی کرد که ترکیبی از دو روش حرارتی و غشایی باشند. این بدان معنی است که تغییر فاز در داخل سیستم اتفاق می افتد و از یک غشاء نیز استفاده می شود. دلیل اصلی طراحی چنین سیستم هایی افزایش کارایی آنهاست. روش تقطیر غشایی در این دسته از سیستم های نمک زدایی قرار می گیرد. در این نوع سیستم ها دو مسیر مجزا وجود دارد. در یک طرف سیستم، جریان آب تغذیه شور حرکت می کند و توسط یک منبع حرارتی گرم می شود. سپس این جریان آب نمک گرم از طرف دیگر سیستم وارد می شود.

یک لایه غشایی بین دو مسیر سیال گرم و سرد قرار می گیرد. جریان داغ وارد غشا می شود و در تماس با دیواره کانال آب سرد متراکم می شود. این سیستم های تقطیر غشایی به دسته های DCMD، AGMD، VMD و SGMD تقسیم می شوند. در تقطیر غشایی تماس مستقیم (DCMD)، جریان سیال داغ مستقیماً به سطح خارجی مجرای سرد برخورد می کند.

در نمک زدایی غشایی شکاف هوا (AGMD)، یک شکاف هوا نیز بین لایه غشا و مجرای سرد قرار می گیرد. این شکاف هوا جایی است که تراکم اتفاق می افتد. در نمک‌زدایی غشایی خلاء (VMD)، یک لایه مخصوص بخار را با یک پمپ خلاء خلاء می‌کند تا در خارج از سیستم توسط کندانسور متراکم شود و آب شیرین تولید کند. در نمک زدایی غشای گاز جارو (SGMD)، یک لایه ویژه جریان گاز را جارو می کند تا در خارج از سیستم توسط یک کندانسور متراکم شود و آب شیرین تولید کند. ما این مدل را با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent شبیه سازی کرده ایم. ما نتایج این شبیه سازی را با چند کانتور ارائه کرده ایم.

تبخیر و چگالش در داخل سیستم نمک‌زدایی
فرآیندهای تبخیر و تراکم باید به طور کامل مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرند زیرا سیستم نمک زدایی یک سیستم پیچیده است. نرم افزار دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)، مانند ANSYS Fluent، برای شبیه سازی فرآیندهای تبخیر و تراکم استفاده می شود. جریان، دما و فشار سیستم نمک‌زدایی و همچنین فرآیندهای تبخیر و تراکم با استفاده از شبیه‌سازی CFD مورد بررسی قرار می‌گیرند. طراحی سیستم نمک‌زدایی را می‌توان با استفاده از شبیه‌سازی CFD نیز بهبود بخشید. شرایط عملیاتی ایده آل برای سیستم نمک زدایی، از جمله دما و فشار ایده آل، را می توان با استفاده از شبیه سازی CFD پیدا کرد. عملکرد سیستم نمک‌زدایی، از جمله اثربخشی سیستم و حجم آب تولید شده، ممکن است با استفاده از شبیه‌سازی CFD مورد بررسی قرار گیرد. مصرف انرژی سیستم نمک‌زدایی را می‌توان با استفاده از شبیه‌سازی CFD نیز بررسی کرد.

با استفاده از ANSYS Fluent، شبیه‌سازی فعلی تبخیر و میعان داخل سیستم نمک‌زدایی را بررسی می‌کند. تبخیر و میعان در قسمت های بالایی و پایینی این سیستم آب شیرین کن دو مرحله ای رخ می دهد. آب ناخالص با دریافت گرما از کف سیستم در این دو جزء سیستم نمک‌زدایی تبخیر شده و به بخار تبدیل می‌شود. تراکم و ایجاد آب خالص زمانی اتفاق می افتد که بخار داغ با سطح خنک بالای آن تماس پیدا کند.

آب متراکم از این سطوح سرد جاری می شود و به سمت خروجی سیستم هدایت می شود. در ابتدای سیستم، آب ناخالص در ارتفاع و دمای مشخص 300 کلوین قرار دارد. انتقال حرارت و تبخیر به دلیل سطح کف سیستم که دمای آن 353 کلوین است رخ می دهد. مدل چند فازی VOF (حجم سیال) تعدادی سیال مختلف را به عنوان بخشی از سیستم در این شبیه سازی در نظر میگیرد.

سه فاز اصلی جریان چند فازی مورد نظر عبارتند از هوا، آب و بخار. علاوه بر این، لازم است مکانیسم انتقال جرم بین آب و بخار ایجاد شود تا بسته به دما و فشار داخلی سیستم، یا تبخیر (از آب به بخار) یا تراکم (از بخار به آب) صورت گیرد. انتقال انبوه رویه ای است که توسط یک UDF (عملکرد تعریف شده توسط کاربر) تعریف می شود.

نمک زدایی خورشیدی با در نظر گرفتن تبخیر سطحی
پس از اتمام این دوره آموزشی ANSYS Fluent، مهارت ها و اطلاعات لازم برای مدل سازی فرآیندهای نمک زدایی خورشیدی با استفاده از تبخیر سطحی را به دست خواهید آورد. شما یاد خواهید گرفت که چگونه یک مدل CFD یک سیستم نمک‌زدایی خورشیدی را قرار دهید، حل کنید و ارزیابی کنید. فیزیک تبخیر سطحی، روش‌های عددی برای حل معادلات و روش‌های پس پردازش یافته‌ها، همگی در این دوره پوشش داده می‌شوند. علاوه بر این، نحوه استفاده از ANSYS Fluent برای ساخت یک سیستم نمک‌زدایی خورشیدی به صورت سه بعدی و نحوه شبیه‌سازی این روش را خواهید یافت. در پایان دوره، شما به خوبی با اصول نمک‌زدایی خورشیدی آشنا خواهید شد و همچنین می‌توانید این روش را با استفاده از ANSYS Fluent شبیه‌سازی کنید.

در این شبیه سازی، یک خورشیدی مستقیم ساخته شده از صفحات شیشه ای کج شده ایجاد می شود. پرتوهای خورشیدی از طریق شیشه وارد سیستم می شوند و به سطح آب برخورد می کنند و تبخیر سطح آب در اثر گرما ایجاد می شود. عناصر ناخالص در ته سیستم فرو رفته و در بخار تولید شده وجود ندارند. با از دست دادن گرما، این بخار خالص در سطح داخلی شیشه کج شده متراکم می شود و شیب شیشه اجازه می دهد تا قطرات آب مقطر روی سطح شیشه سر بخورد و به سمت خروجی سیستم جریان یابد.

ما با چندین سال تجربه در شبیه سازی مشکلات مختلف در زمینه های مختلف CFD با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent آماده ارائه خدمات گسترده شبیه سازی، مشاوره و خدمات آموزشی هستیم. خدمات انسیس فلوئنت در زمینه مهندسی آب پاک می تواند شامل خدمات متنوعی مانند:

• شبیه سازی و تجزیه و تحلیل رطوبت، رطوبت زدایی، HDH و غیره
• شبیه سازی جریان در مورد تقطیر خورشیدی، تقطیر آب خانگی و غیره
• شبیه سازی جریان در اسمز معکوس، فشار معکوس و غیره
• شبیه سازی CFD انواع مختلف تقطیر غشایی
• پروژه های انسیس فلوئنت مهندسی آب پاک

پروژه های انسیس فلوئنت مهندسی آب پاک

انسیس فلوئنت با چندین سال تجربه در شبیه سازی مسائل مختلف در زمینه های مختلف CFD با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent آماده ارائه خدمات گسترده مدل سازی، مش بندی و شبیه سازی می باشد. در زیر لیست مختصری از پروژه های شبیه سازی CFD برای مهندسی آب پاک توسط MR CFD آمده است:

آب شیرین کن خورشیدی تک شیب، اعتبار سنجی عددی مقاله

در این دوره آموزشی استفاده از شبیه سازی ANSYS Fluent CFD برای تایید سکوهای خورشیدی تک شیب معرفی خواهد شد. این دوره به مبانی شبیه‌سازی CFD می‌پردازد و موارد ضروری جرم، گرما و جریان سیال را پوشش می‌دهد. اعتبار سنجی عددی ثابت های خورشیدی تک شیب نیز در این دوره ، از جمله نحوه استفاده از شبیه سازی ANSYS Fluent CFD برای تأیید عملکرد دستگاه ، استفاده از اعتبار سنجی عددی مقاله برای ارزیابی عملکرد دستگاه ، همچنین نحوه بهینه سازی طراحی دستگاه با استفاده از شبیه سازی ANSYS Fluent CFD بحث خواهد شد. اطلاعات این شبیه‌سازی از مقاله مرجعی با عنوان «برآورد بهره‌وری یک دستگاه ثابت خورشیدی تک شیب: مطالعه نظری و عددی» گرفته شد و نتایج شبیه‌سازی با نتایج مقاله مرجع مقایسه و تأیید شد.

به طور کلی تبخیر یک فرآیند سطحی است که در سطح مایع در هر دمایی انجام می شود. در این شبیه سازی، یک ثابت خورشیدی تک شیب با حجم آب و ارتفاع از پیش تعیین شده ایجاد می شود. سطح شیب دار و پوشیده از شیشه خورشید همچنان گرما را از خورشید به سطح آب منتقل می کند. همانطور که گرما از تابش خورشیدی که از شیشه عبور می کند به آب منتقل می شود، تبخیر سطحی رخ می دهد.

بسته آموزشی نمک زدایی خورشیدی
این بسته آموزشی شامل 5 کار شبیه سازی CFD برای نمک زدایی خورشیدی با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent است. برای افرادی که علاقه مند به مهندسی انرژی های تجدیدپذیر، به ویژه تجزیه و تحلیل انرژی خورشیدی برای روش آب پاک هستند، انسیس فلوئنت این بسته را توصیه می کند. این برنامه به شما توضیحات و طرح های مختلف پروژه و همچنین نحوه شبیه سازی عددی آنها را با در نظر گرفتن انواع مطالعات مرتبط به شما می آموزد.

• اعتبار سنجی کاغذ
• آب شیرین کن خورشیدی استپ، تک شیب و دو شیب
• آب پاک و انرژی های تجدیدپذیرUDF تبخیر سطحی
• حمل و نقل چند فازی و گونه ای VOF

این بسته آموزشی با 5 پروژه شبیه سازی ANSYS Fluent CFD ارائه می شود. این تکالیف برای آموزش اصول اولیه نمک‌زدایی خورشیدی و نحوه مدل‌سازی این روش با استفاده از ANSYS Fluent انجام شده است. پروژه ها موضوعاتی مانند:

• محاسبه جریان آب در یک دستگاه ثابت خورشیدی
• نمایش مجدد انتقال گرمای دستگاه خورشیدی در رایانه
• بهبود طراحی دستگاه خورشیدی
• بررسی چگونگی تاثیر مواد مختلف بر عملکرد یک دستگاه ثابت خورشیدی
• بررسی اینکه چگونه شرایط عملیاتی مختلف بر عملکرد دستگاه خورشیدی تأثیر می گذارد
  می‌توانید هر پروژه را با کمک دستورالعمل‌های گام به گام، داده‌های نمونه و دستورالعمل‌های دقیق شروع کنید. کارها به گونه ای ساخته شده اند که در مدت زمان کوتاهی تکمیل شوند تا بتوانید اصول ANSYS Fluent و نمک زدایی خورشیدی را درک کنید.

ریزش مش سیم (DDPM)

شماره کنونی از نرم افزار ANSYS Fluent برای شبیه سازی حرکت بخار آب از طریق دمیستر حاوی ذرات آب شور استفاده می کند. اطلاعات این شبیه‌سازی از مقاله مرجع «مدل‌سازی اویلر-لاگرانژی و شبیه‌سازی دینامیک سیالات محاسباتی دیمسترهای شبکه سیمی در کارخانه‌های MSF» گرفته شده است و نتایج آن با نتایج مقاله بررسی و تأیید شد. سیستم نمک زدایی فلاش چند مرحله ای (MSF) به این دیمستر متصل است. شبکه سیمی فلزی به کار رفته در ساخت این ریزگرد، قطرات آب جریان بخار آب نمک را جدا می کند. در نتیجه، یک مدل جریان چند فازی باید برای تعریف جریان در این مدل‌سازی تعریف شود.

با استفاده از رویکرد اویلرین-لاگرانژی دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)، مدل چند فازی اویلر با مدل فاز گسسته متراکم در شبیه‌سازی جریان (DDPM) همراه می‌شود. بنابراین، یک فاز پیوسته مربوط به بخار آب و یک فاز گسسته مرتبط با قطرات آب نمک تعریف شده است. قطرات آب نمک جداگانه از پایین وارد سیستم می شود و بخار آب که از توری سیمی فلزی عبور کرده است از بالا سیستم را ترک می کند. هدف از این تحقیق تعیین میزان فشاری است که در نتیجه جریان عبوری از این شبکه های سیمی از بین می رود. با دمای 373.15 کلوین و سرعت 2-4 m.s-1 بخار آب وارد سیستم می شود.

یک حذف کننده غبار به نام دی میستر مش (DDPM) برای پاک کردن قطرات مایع از جریان گاز استفاده می شود. این از شبکه ای از سیم ها ساخته شده است که به روشی خاص سازماندهی شده اند تا جریان گاز یک مسیر سیم پیچی پیدا کند. پس از گیر افتادن در مش، قطرات از جریان گاز خارج می شوند.

روشی که به عنوان ” اعتبار سنجی عددی کاغذی ” شناخته می شود، برای بررسی دقت مدل های عددی مورد استفاده در کاربردهای مهندسی استفاده می شود. در این فرآیند، نتایج عددی با اطلاعات تجربی یا نتایج تحلیلی در تضاد قرار می‌گیرند. هنگامی که نتایج عددی با داده های تجربی یا پاسخ های تحلیلی مطابقت داشت، مدل عددی به روز می شود.

دوره ای به نام ANSYS Fluent CFD Training به مهندسان آموزش می دهد که چگونه شبیه سازی های دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) را با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent اجرا کنند. تولید مش، شرایط مرزی، مدل های آشفتگی و پردازش پس از آن برخی از موضوعاتی هستند که در این دوره مورد بررسی قرار می گیرند. علاوه بر این، این دوره وظایف عملی را ارائه می دهد که به دانش آموزان اجازه می دهد تا با استفاده از نرم افزار تمرین کنند.

تقطیر غشایی شکاف هوا (AGMD)

این مطالعه از ANSYS Fluent برای نشان دادن اعتبار عددی فرآیند تقطیر غشایی شکاف هوا (AGMD) استفاده می‌کند. یک غشای آبگریز در فرآیند AGMD، یک روش تقطیر مبتنی بر غشاء، برای جداسازی آب از محلول شور استفاده می‌شود. یک مدل دو بعدی فرآیند AGMD برای اعتبار سنجی عددی استفاده شد. داده‌های آزمایشی سیستم AGMD در مقیاس آزمایشگاهی برای اعتبارسنجی مدل استفاده شد. نتایج اعتبار سنجی عددی تطابق خوبی بین یافته های عددی و تجربی را نشان داد. پروفیل های دمای محلول نمکی و غلظت در سیستم AGMD را می توان دقیقاً با مدل عددی پیش بینی کرد. نتایج اعتبار سنجی عددی نشان می دهد که چگونه ANSYS Fluent ممکن است برای شبیه سازی فرآیندهای AGMD استفاده شود. اطلاعات مقاله مرجع “بررسی عددی تقطیر غشایی شکاف هوا (AGMD): جستجوی عملکرد بهینه” به عنوان مبنایی برای این شبیه‌سازی عمل کرد.

این محفظه‌های سیستم‌های تقطیر غشایی به چهار بخش تقسیم می‌شوند: فضایی برای جریان آب شور که به عنوان تغذیه آب سیستم عمل می‌کند، فضایی برای جریان آب سرد، فضایی برای شکاف هوا و فضایی برای غشاها یا فیلترها

این سیستم های تقطیر غشایی به گونه ای عمل می کنند که جریان آب نمک گرم از یک طرف وارد محفظه آن و جریان آب سرد از طرف مقابل وارد محفظه آن می شود. هنگامی که این بخارات در نهایت با سطح خنک فضای مورد استفاده برای جریان آب سرد برخورد می کنند، حرارت خود را از دست می دهند و تقطیر می شوند و به آب شیرین و تمیز تبدیل می شوند.

جریان آب نمک گرم، جریان هوا و جریان آب سرد، همگی دارای سرعت ورودی 0.1 متر بر ثانیه فرض می شوند، با جریان آب نمک گرم از چپ به راست و جریان هوا و آب سرد از راست به سمت راست. ترک کرد. همچنین فرض بر این است که جریان آب در داخل مدل دارای عدد رینولدز 100 است. این سیستم با انتقال گرما از فضای متصل به جریان آب نمک داغ به قسمت غشایی مدل کار می‌کند و سپس قسمت غشایی همان مقدار گرما رابه فضای جریان هوا منتقل می‌کند.

سینی ستون تقطیر جریان دو فاز

 جریان دو فازی در سینی ستون تقطیر را می توان با استفاده از  CFD شبیه سازی کرد. از شبیه سازی می توان برای بررسی توزیع فشار و دما و همچنین جریان مایع و بخار در سینی و ارزیابی عملکرد سینی از جمله اثربخشی روش جداسازی استفاده کرد.طراحی سینی نیز می تواند برای عملکرد بیشتر با استفاده از شبیه سازی بهبود یابد. جداسازی مواد در برج های سینی اتفاق می افتد. یک برج تقطیر سینی به این صورت کار می‌کند که یک جریان مایع از نیمه بالایی محفظه از طریق یک روزنه بزرگ در حالی که داغ است، وارد محفظه می‌شود، بخار بالارونده از قسمت پایینی محفظه از طریق سوراخ‌های کوچک متعدد وارد اتاق می‌شود و به سمت بالا جریان می‌یابد. این باعث می شود که بخار هوا و جریان مایع در یک یا چند سینی داخل محفظه برخورد کنند.

از سوی دیگر، این تماس باعث افزایش دمای مایع در حال سقوط می شود که باعث می شود برخی از ذرات مایع سبک و با نقطه جوش پایین زودتر به بخار تبدیل شوند. از طرفی دمای بخار صعودی را کاهش می دهد که باعث تقطیر مقداری از بخار می شود. با توجه به این فرآیند، مایع با ذرات سنگین‌تری باقی می‌ماند که تجمع می‌کنند و در نهایت نقطه جوش مایع باقی‌مانده را بالا می‌برند و در نتیجه بخاری غنی از مواد فرار (مواد با نقطه جوش کمتر یا فشار بیشتر) ایجاد می‌کنند.

البته هرچه تماس بیشتری بین فاز مایع و گاز در سینی ایجاد شود، روش جداسازی موثرتر خواهد بود. کار فعلی انتقال حرارت یا فرآیندهای تبخیر و تقطیر را تکرار نمی کند. در عوض، فقط سیالات یک مدل دو فازی را مدلسازی می کند و نحوه رفتار فازهای مایع و گاز را نسبت به یکدیگر در موقعیت سینی بررسی می کند. مدل VOF چند فازی استفاده شده است زیرا مدل فعلی شامل دو فاز هوا و آب است.

در حالی که آب خالص با سرعت جریان جرمی 4 کیلوگرم بر ثانیه از طریق یک سوراخ جانبی وارد محفظه می شود و با حرکت به سمت پایین از طریق سوراخ تعبیه شده در پایین مدل خارج می شود، هوای خالص از طریق پنج سوراخ دایره ای کوچک تعبیه شده در داخل محفظه به سمت بالا حرکت می کند. قسمت پایین محفظه با سرعت 23.35 m.s-1 و از طریق پنج سوراخ رو به رو در بالای محفظه خارج می شود. سینی با پنج سوراخ دایره ای بر روی سطح آن به عنوان محل تماس دو فاز در مرکز محفظه برج عمل می کند. آب در سینی جریان دارد.

شرکت های صنعتی آب پاک
شرکت هایی که به طور خاص برای مصارف صنعتی آب پاک تولید می کنند به عنوان شرکت های صنعتی آب پاک شناخته می شوند. این شرکت ها آب را برای مصارف صنعتی با استفاده از طیف وسیعی از روش ها از جمله تبادل یونی، اولترافیلتراسیون و اسمز معکوس فیلتر می کنند. در زیر به برخی از معروف ترین شرکت های صنعتی آب پاک اشاره می شود:

• SUEZ Water Technologies & Solutions
• Xylem Inc.
• Dow Water & Process Solutions
• Pall Corporation
• GE Water & Process Technologies
• Nalco Water
• Kurita Water Industries
• Evoqua Water Technologies
• Veolia Water Technologies

انسیس فلوئنت، متخصص در زمینه شبیه سازی آب تصفیه

شرکت انسیس فلوئنت (پردازشگران مهر) با چندین سال تجربه در شبیه سازی مسائل مختلف در زمینه‌های مختلف CFD با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent آماده ارائه خدمات گسترده مدل سازی، مش بندی و شبیه سازی می باشد. خدمات شبیه سازی ما برای شبیه سازی آب تصفیه به شرح زیر دسته بندی می‌شود:

• شبیه سازی و تحلیل رطوبت‌زنی و رطوبت زدایی (HDH) و غیره
• شبیه سازی جریان در مورد تقطیر خورشیدی، تقطیر کننده آب خانگی و غیره
• شبیه سازی جریان در اسمز معکوس، فشار معکوس و غیره
• شبیه سازی CFD انواع مختلف تقطیر غشایی
• و ..…

شما می‌توانید محصولات مرتبط با دسته شبیه سازی آب تصفیه را در فروشگاه آموزشی (Training Shop) بیابید.

خدمات ما محدود به موضوعات ذکر شده نیست و گروه پردازشگران مهر آماده انجام پروژه‌های مختلف و چالش برانگیز در زمینه مدل سازی مهندسی آب تصفیه به سفارش مشتریان است. ما حتی انجام شبیه‌سازی CFD را برای هر طرحی که در ذهن دارید می‌پذیریم تا آنها را به واقعیت تبدیل کنیم و حتی به شما کمک کنیم تا به بهترین طراحی برای آنچه تصور می‌کردید برسید. شما می‌توانید از مشاوره تخصصی پردازشگران مهر (ansysfluent expert consultation) به‌ صورت رایگان بهره ببرید و سپس پروژه‌تان را سفارش دهید (order your project) تا شبیه‌سازی و آموزش داده شود.