بسته آموزشی تصفیه آب، 7 مثال کاربردی

توضیحات

بسته آموزشی تصفیه آب، 7 مثال کاربردی

در این بسته آموزشی به شبیه سازی 7 پروژه کاربردی مرتبط با تصفیه آب با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) پرداخته ایم. ما این بسته را به علاقه مندان به رشته مهندسی آب پیشنهاد میکنیم. این بسته شما را با اصول عملکرد سیستم های مختلف آب تمیز و نحوه شبیه سازی عددی آنها آشنا می کند. این بسته 7 سیستم مختلف آب تمیز را ارائه می دهد.

آنچه در این بسته آموزشی خواهید آموخت

رطوبت زدایی رطوبت (HDH)

نمک زدایی آب به دو روش کلی حرارتی و غشایی طبقه بندی می شود. یکی از روش‌های حرارتی، سیستم‌های مرطوب‌سازی و رطوبت‌گیری است. پروژه شماره 1 مربوط به سیستم Humidifier-De Humidifier (HDH) می باشد. این سیستم از دو محفظه تشکیل شده است. یکی از محفظه ها آب را روی هوای خشک کننده (سیستم مرطوب کننده) می پاشد. محفظه دیگر رطوبت هوای مرطوب را به دلیل تماس با لوله های خنک کننده (سیستم رطوبت گیر) جذب می کند.

بنابراین این پروژه از دو بخش تشکیل شده است. برای سیستم رطوبت ساز، مدل DPM پاشش گسسته قطرات آب را تعریف می کند و مدل گونه ها هوای خشک و بخار مرطوب را تعریف می کند. مدل چند فازی VOF فازهای بخار و آب را برای سیستم رطوبت گیر تعریف می کند.

دستگاه تقطیر آب خانگی

ما برخی از دستگاه های نمک زدایی را در مقیاس کوچک طراحی می کنیم و کاربردهای خانگی نیز داریم. یکی از این سیستم ها دستگاه تقطیر آب است. پروژه شماره 2 تقطیر آب خانگی را شبیه سازی می کند. فرآیند نمک زدایی در این مدل شامل دو مرحله است. ابتدا آب ناخالص با دریافت گرما تبخیر می شود و سپس بخار خالص حاصله در اثر تماس با لوله های سرد متراکم می شود. این پروژه از مدل چند فازی VOF برای تعریف آب و بخار استفاده می کند. همچنین، انتقال جرم بین آب و بخار را به عنوان فرآیندهای تبخیر و تراکم تعریف کرده ایم.

دستگاه آب شیرین کن دو مرحله ای

پروژه شماره 3 نیز یک مدل حرارتی در مقیاس کوچک دیگر ارائه کرده است. این مدل از صفحات مورب تشکیل شده است. ابتدا آب توسط کف محفظه گرم و تبخیر می شود و سپس بخار توسط صفحه سرد مورب خنک و متراکم می شود. بنابراین برای این پروژه از مدل VOF چند فازی استفاده می کنیم. یک کد UDF نرخ تغییر فاز بین آب و بخار را تعریف می کند.

شیرین سازی خورشیدی با تبخیر

قطه ضعف سیستم های حرارتی این است که نیاز به مصرف انرژی و کاهش راندمان دارند. بنابراین استفاده از انرژی های تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی می تواند این مشکل را حل کند. پروژه شماره 4 به شبیه سازی یک شیرین ساز ساده خورشیدی می پردازد. در داخل آن تا حدی آب وجود دارد. این دستگاه خورشیدی  از سقف های شیشه ای شیب دار تشکیل شده است – گرمای تابش خورشیدی از طریق دیواره های شیشه ای به سطح آب منتقل می شود. پس از برخورد با دیوارهای شیبدار، آب از سطح تبخیر می شود تا متراکم شود. بنابراین، ما از مدل Multiphase VOF برای تعریف فازهای آب و بخار استفاده کرده ایم. سپس از کد UDF برای تعریف تبخیر سطحی استفاده کردیم.

نمک زدایی آب خورشیدی (دو بعدی)

پروژه شماره 5 نیز یک دستگاه ثابت خورشیدی با مکانیزم عملکرد مشابه پروزه 4 را شبیه سازی می کند. البته از روش دیگری برای مدل سازی آن استفاده شده است. به جای تعریف یک مدل چند فازی، از مدل حمل و نقل گونه ها (Species Transport Model) برای تعریف مخلوطی از آب و بخار استفاده کرده ایم.

اسمز معکوس (RO)

یکی دیگر از دو روش کلی نمک زدایی آب، روش غشایی است. مزیت اصلی این روش کاهش مصرف انرژی است. روش اسمز معکوس (RO) شناخته شده ترین و محبوب ترین روش است. روش اسمز معکوس بر خلاف رویکرد فشار اسمز عمل می کند. با توجه به پدیده اسمز، مایع همیشه تمایل دارد از غلظت های پایین تر به بالاتر حرکت کند. بنابراین اختلاف فشاری بین دو طرف ایجاد می شود که معادل فشار اسمزی است. مکانیسم سیستم نمک زدایی اسمز معکوس برخلاف این رفتار طبیعی سیال است. فیلتری در مسیر سیال قرار می گیرد تا پس از عبور از سیال ناخالصی ها را از آن جدا کند.

پروژه شماره 6 یک سیستم اسمز معکوس را شبیه سازی کرده است. ما این پروژه را در دو مرحله در حالت ناپایدار انجام می دهیم. ابتدا پدیده اسمز را بررسی می کنیم و سپس سیستم نمک زدایی اسمز معکوس را شبیه سازی می کنیم. همچنین از یک محیط متخلخل (Porous Zone) برای تعریف غشای سیستم استفاده کرده ایم.

تقطیر غشایی شکاف هوا (AGMD)

برخی از روش ها از ترکیب روش های حرارتی و غشایی به دست می آیند. روش تقطیر غشایی نمونه ای از این روش ها می باشد. این روش در چهار حالت مختلف انجام می شود. یکی از آنها روش تقطیر غشایی شکاف هوایی است. پروژه شماره 7 مربوط به سیستم AGMD می باشد. در این سیستم، یک شکاف هوا بین سطح جریان سرد و غشای متصل به جریان گرم قرار می گیرد. این شکاف هوا فضای خاصی برای ایجاد تراکم است. در این فضا، بخار متراکم می شود و آب شیرین تولید می کند.