تأثیر میدان الکترواستاتیکی بر بازده استحصال آب از مه در حضور کلکتور متخلخل فلزی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی مکانیک، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران

2 مرکز تحقیقات هوافضا و تبدیل انرژی، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران

چکیده

در میان روش‌های مختلف تأمین آب، روش استحصال آب از مه با توجه به مزایا و ویژگی‌های منحصر بفرد به تازگی مورد توجه بیشتر جوامع علمی قرار گرفته است. در این روش قطرات مه با استفاده از صفحات مشبک به دام افتاده و از هوا جدا می‌شوند. چالش اساسی پیش‌روی این فن‌آوری بازده کم استحصال آب از هوای مرطوب است که امکان استفاده در مقیاس‌های بزرگ را ناممکن می‌کند. برای غلبه بر این مشکل، ایده‌ی استفاده از کلکتور متخلخل فلزی در حضور میدان الکترواستاتیکی در کار حاضر مورد آزمایش قرار گرفت. پارامترهایی نظیر درصد تخلخل کلکتور، سرعت جریان هوا، شدت میدان الکتریکی و فاصله گسیل‌‌کننده تا کلکتور بر بازده استحصال آب از مه به‌صورت تجربی مطالعه شد. در محدوده درصد تخلخل‌های مورد بررسی، بازده آب‌گیری کلکتور با درصد تخلخل 95/6% بیشینه مقدار خود را دارد. همچنین کاهش فاصله گسیل‌‌کننده تا کلکتور باعث افزایش بازدهی می‌شود. بررسی اثر ولتاژ میدان الکتریکی بر بازده دستگاه نشان داد که با افزایش ولتاژ از 15 تا 24 کیلو ولت بازدهی دستگاه از 21% به بیش از 42% افزایش می‌یابد. در این ولتاژ پدیده اشباع ولتاژ روی داده به‌طوری که افزایش بیشتر ولتاژ بر روی بازده تأثیر چندانی ندارد. بررسی تأثیر سرعت جریان بر بازده دستگاه نشان داد که در سرعت 1/1 متر بر ثانیه بیشترین بازده دستگاه حاصل شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Effect of Electrostatic Field on a Fog Harvester Efficiency with Metal Porous Collector

نویسندگان [English]

  • Mohammad Reze Alaie 1
  • Sobhan Emami Koopaei 1 2
  • Mohammad Hojaji 1 2
1 Department of Mechanical Engineering, Najafabad Branch, Islamic Azad University, Najafabad, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Najafabad Branch, Islamic Azad University, Najafabad, Iran
چکیده [English]

Among the different methods of water supply, extracting water from atmospheric fog has recently received more attention from scientific communities due to its advantages and unique features. In this method, water droplets are trapped and separated from the air using metal meshes. The main challenge facing this technology is the low efficiency of water harvesting from humid air. To overcome this issue, the idea of using a metal porous collector has been tested in the presence of an electrostatic field. Parameters such as the porosity percentage of the collector, airflow speed, electric field intensity, and the distance between the emitter and the collector (field distance) on the water harvesting efficiency were studied experimentally. In the range of investigated porosities, the efficiency of the fog collector has its maximum value with a porosity of 95.6%. Also, reducing the field distance increases the efficiency. Investigating the effect of electric field voltage on the efficiency of the device showed that with the increase in voltage from 15 to 24 kV, the efficiency increases from 21% to more than 42%. At this voltage, the phenomenon of voltage saturation has occurred, so that a further increase in voltage does not have much effect on the efficiency. Investigating the effect of flow speed showed that the maximum efficiency of the device was achieved at a speed of 1.1 m/s.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fog collection
  • Electrostatic field
  • Porous media
  • Porosity percentage
  • Water harvesting efficiency

مراجع

[1] R. Schemenauer, P. Osses, M. Leibbrand, Fog collection evaluation and operational projects in the Hajja governorate, Yemen,  (2004).
[2] M. Mileta, D. Beysens, V. Nikolayev, I. Milimouk, C. Owen, M. Muselli, Fog and dew collection projects in Croatia, in:  Proc. International Conference on Water Observation and Information System for Decision Support (BALWOIS 2006), Ohrid, Republic of Macedonia, 2006.
[3] R. Ghosh, R. Ganguly, Fog harvesting from cooling towers using metal mesh: Effects of aerodynamic, deposition, and drainage efficiencies, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy, 234(7) (2019) 994-1014.
[4] R. Ghosh, C. Patra, P. Singh, R. Ganguly, R.P. Sahu, I. Zhitomirsky, I.K. Puri, Influence of metal mesh wettability on fog harvesting in industrial cooling towers, Applied Thermal Engineering, 181 (2020) 115963.
[5] Y. Tu, R. Wang, Y. Zhang, J. Wang, Progress and expectation of atmospheric water harvesting, Joule, 2(8) (2018) 1452-1475.
[6] H. Jarimi, R. Powell, S. Riffat, Review of sustainable methods for atmospheric water harvesting, International Journal of Low-Carbon Technologies, 15(2) (2020) 253-276.
[7] R.S. Schemenauer, P.I. Joe, The collection efficiency of a massive fog collector, Atmospheric Research, 24(1) (1989) 53-69.
[8] J.D. Rivera, Aerodynamic collection efficiency of fog water collectors, Atmospheric Research, 102(3) (2011) 335-342.
[9] L. Caldas, A. Andaloro, G. Calafiore, K. Munechika, S. Cabrini, Water harvesting from fog using building envelopes: part I, Water and Environment Journal, 32(4) (2018) 493-499.
[10] Z. Jia, Z. Zuo, S. Liu, Effect of the angle of the crossed fibres of a fog harvester on its collection efficiency, Journal of Physics: Conference Series, 1600(1) (2020) 012085.
[11] A. Almasi Zefrehei, M. Sheikhzadeh, A.R. Pishevar, Evaluation of the geometrical parameters of collector mesh on the fog collection efficiency, Journal of Industrial Textiles, 51(2) (2022) 3466S-3492S.
[12] S. Tapuchi, A. Kuperman, S. Makarenko, Y. Horen, M. Malinkovski, Obtaining fresh water from atmosphere using electrostatic precipitation: theory, efficiency and limitations, in:  E-Water: The Electronic Water Journal, 2010.
[13] M. Reznikov, Electrically enhanced condensation I: effects of corona discharge, IEEE Transactions on Industry Applications, 51(2) (2015) 1137-1145.
[14] M. Reznikov, M. Salazar, M. Lopez, M. Rivera-Sustache, Electrically enhanced harvesting of water vapor from the air, in:  Proc. ESA Annual Meeting on Electrostatics, Pomona, California, USA., 2015.
[15] D. Cruzat, C. Jerez-Hanckes, Electrostatic fog water collection, Journal of Electrostatics, 96 (2018) 128-133.
[16] M. Damak, K.K. Varanasi, Electrostatically driven fog collection using space charge injection, Science Advances, 4(6) (2018) eaao5323.
[17] Y. Jiang, C. Machado, S. Savarirayan, N.A. Patankar, K.C. Park, Onset time of fog collection, Soft Matter, 15(34) (2019) 6779-6783.
[18] D.N. Gabyshev, A.A. Fedorets, O. Klemm, Condensational growth of water droplets in an external electric field at different temperatures, Aerosol Science and Technology, 54(12) (2020) 1556-1566.
[19] S.M. Sharifvaghefi, H. Kazerooni, Fog harvesting: combination and comparison of different methods to maximize the collection efficiency, SN Applied Sciences, 3(4) (2021) 516.
[20] X. Yan, Y. Jiang, Numerical evaluation of the fog collection potential of electrostatically enhanced fog collector, Atmospheric Research, 248 (2021) 105251.
[21] Y. Jiang, R. Xu, S. Liu, G. Liu, X. Yan, Electrostatic fog collection mechanism and design of an electrostatic fog collector with nearly perfect fog collection efficiency, Chemical Engineering Science, 247 (2022) 117034.
[22] X. Yan, D. Sun, Corona discharge behavior in foggy environments with flat plate and fin plate electrodes, Chemical Engineering Science, 259 (2022) 117790.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 55، شماره 1
فروردین 1402
صفحه 45-60

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار