ВИСОКОЕФЕКТИВНИЙ КОНТАКТНИЙ ЗВОЛОЖУВАЧ ДЛЯ ТЕРМІЧНОЇ ОПРІСНЮВАЛЬНОЇ УСТАНОВКИ

Володимир Середа; Лю Ян; Тетяна Подстєвая

doi:10.20535/1813-5420.3.2023.289729

Автор(и)

Володимир Середа Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-4645-3123
Лю Ян Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0001-9535-4984
Тетяна Подстєвая Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0009-0000-5919-3650

DOI:

https://doi.org/10.20535/1813-5420.3.2023.289729

Ключові слова:

енергетичні характеристики, зволоження-осушення повітря, контактний теплообмінник, математичне моделювання, термічне опріснення.

Анотація

Метою роботи є підвищення ефективності термічних опріснювальних установок з циклом зволоження – осушення повітря за рахунок зменшення споживання електричної енергії. Найпоширеніші конструкції теплообмінників для зволоження повітря мають значні аеродинамічні і гідравлічні опори. Для усунення цього недоліку запропоновано використати внутрішній об’єм вертикальної трубки як активну зону тепломасообміну під час випаровування вологи з солоної води до повітря. Проведено математичне моделювання роботи такої установки та визначені її енергетичні характеристики. Особливістю математичної моделі є врахування рівнянь тепло і масопередачі в зволожувачі та осушувачі. Підібрано оптимальну швидкість руху повітря в трубці (3 м/с). Встановлено, що для ефективної роботи установки із плівковим зволожувачем витрата повітря має дорівнювати витраті солоної води, а геометричні розміри трубки повинні бути в межах: діаметр 20…30 мм, висота 2…2,5 м. Проведене математичне моделювання і отримані результати дають підстави стверджувати, що за однакової швидкості випаровування, аеродинамічний і гідравлічний опори плівкового теплообмінника будуть мінімальними порівняно з іншими типами зволожувачів. Застосування такого контактного апарату призведе до зменшення споживання електричної енергії, необхідної для циркуляції води і повітря в установці.

Посилання

A. Giwa , N. Akther, A. A .Housani, S. Haris, S. W. Hasen, “Recent advances in humidification dehumidifiation (HDH) desalination processes: improved designs and productivity.” Renewable and sustainable energy reviews, vol.57, pp.929-944 , May 2016. doi:10.1016/j.rser.2015.12.108.

S. A. Kalogirou, “Seawater desalination using renewable energy sources.” Progress in energy and combustion science, vol. 31, pp. 242-281,2005. doi:10.1016/j.pecs.2005.03.001.

G. N. Tiwari, H. N. Singh, R. Tripathi, “Present status of solar distillation.” Solar Energy,vol. 75, pp. 367-373,Nov 2003. doi:10.1016/j.solener.2003.07.005.

V. Belessiotis, S. Kalogirou, E. Delyannis. “Thermal solar desalination: methods and systems.” [online] Elsevier Science; June 2016.

M. A. Elnasr, M. Kamal, H. Saad, M. Ehlhelaly, “Water desalination using solar energy: humidification and dehumidification principle.” Innovative energy&research.Vol.4, pp.121. doi: 10.4172/2576-1463.1000121.

V.V. Sereda, A. S. Solomakha, N.O. Prytula, O.A. ”Thermodynamic analysis of thermal desalination system with humidification–dehumidification cycle”, KPI Science News, no. 4, pp. 105-112 ,2021. doi: 10.20535/kpisn.2021.4.250663.

V. V. Sereda, A. S. Solomakha, N. O. Prytula, N. O. Shvets, “Thermodynamic analysis of water desalination system with open and closed air cycle.” Scientific notes of Taurida National V.I. Vernadsky University. Series: Technical Sciences, Vol. 33(72), pp. 146-152,2022. doi:10.32782/2663-5941/2022.6/25.

A.S. S. Mohamed, M. S. Ahmed, Hussein M.Marghrabir, A. G. Shahdy, “Desalination process using humidification–dehumidification technique: a detailed review.” International journal of energy research., Vol. 45, 2020. doi: 10.1002/er.6111.

V. Patel, R. Patel, J, Patel, “Experimental and theoretical evaluation of bubbler humidifier for humidification-dehumidification water desalination system.” Heat and Mass Transfer,2019. doi:10.1007/s00231-019-02659-1.

E. Eder, M. Preibinger, “Experimental analysis of the humidification of air in bubble columns for thermal water treatment systems.” Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 115,2020. doi:10.1016/j.expthermflusci.2020.110063.

M. Abu Elnasr, M. Kamal, H. Saad, M. Elhelaly, “Water Desalination using Solar Energy: Humidification and Dehumidification Principle,” Innovative energy&research, Vol. 4(3), 2015. doi:10.4172/2576-1463.1000121.

S. Yanniotis, K. Xerodemas, “Air humidification for seawater desalination,” Desalination，Vol. 158 (1) pp.313–319,Feb 2003. doi:10.1016/S0011-9164(03)00469-7.

G. Yuan, H. Zhang, “Mathematical modeling of a closed circulation solar desalination unit with humidification–dehumidification,” Desalination, Vol. 205 (1–3), Vol. 156–162, 2007. doi:10.1016/j.desal.2006.03.550.

G. Yuan, Z. Wang, H. Li, X. Li, “Experimental study of a solar desalination system based on humidification–dehumidification process,” Desalination, Vol.277 (1-3), pp.92-98, Aug 2011. doi:10.1016/j.desal.2011.04.002.

C++ library of properties for 122 components. (2023). [Online]. Available:http://www.coolprop.org

P. Barabash, A. Solomakha , V.Sereda, et al. “Heat and mass transfer of countercurrent air-water flow in a vertical tube.” Heat Mass Transfer , 2023 . doi:10.1007/s00231-023-03342-2.

N. Minh Phu, N. Van Hap. “Influence of inlet water temperature on heat transfer and pressure drop of dehumidifying air coil using analytical and experimental methods,” Case Studies in Thermal Engineering 18 (2020) 100581 doi:10.1016/j.csite.2019.100581.

Z. Zeng, A. Sadeghpour, Y. Sungtaek Ju, “A highly effective multi-string humidifier with a low gas stream pressure drop for desalination,” Desalination, VOl. 449, pp. 91-100, 2019. doi:10.1016/j.desal.2018.10.017.