تعیین تعداد بهینه لایه جمع‌کننده در سیستم استحصال آب از مه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی آب، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

2 گروه مهندسی آب ، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

چکیده

یکی از روش‌های ارتقاء راندمان استحصال آب در جمع‌کننده‌های مه، افزایش تعداد لایه در انواع جمع‌کننده‌ها است. در پژوهش حاضر با تحلیل روابط نظری موجود و انجام آزمایش تجربی، اثر تعداد لایه بر راندمان جمع‌کننده‌های مرسوم (راشل و آلومینیوم) بررسی شد. در بخش آزمایشگاهی بعد از راه‌اندازی سیستم تولید و استحصال مه، جریان خروجی از دستگاه رطوبت‌ساز به صفحه جمع‌کننده برخورد و پس از استحصال مه و اندازه‌گیری مقادیر آب جمع‌شده، راندمان جمع‌کننده‌های با تعداد 1، 2، 5 و 7 لایه، برآورد و مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج بررسی روابط نظری حاکم بر استحصال آب از مه نشان داد که با افزایش ضریب تخلخل جمع‌کننده، راندمان آیرودینامیکی ابتدا افزایش و پس از ضریب تخلخل حدود 50 تا 60 درصد، مقدار آن کاهش می‌یابد. همچنین، با افزایش تعداد لایه‌های مش راشل و آلومینیوم از 1 تا 12 لایه، راندمان آیرودینامیکی به ترتیب 12 و 7 درصد کاهش و راندمان نهفتگی آن‌ها به ترتیب 61 و 73 درصد افزایش یافت. بیشترین راندمان نظری مش راشل و مش آلومینیوم به ترتیب در حالت 4 و 7 لایه به دست آمد. طبق نتایج آزمایش تجربی نیز، بیشترین راندمان جمع‌آوری آب مش راشل در حالت 5 لایه برابر با 3/55 درصد و برای مش آلومینیوم در حالت 6 لایه برابر با 1/58 درصد به دست آمد. در صورتی‌که مبنای انتخاب تعداد لایه‌ها، هزینه‌های اجرای سیستم استحصال باشد تعداد بهینه لایه در مش راشل و آلومینیوم به ترتیب 2 و 4 لایه خواهد بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Determining the optimal number of collector layers in fog water harvesting system

نویسندگان [English]

  • Amin Kanooni 1
  • Mohammad Reza Kohan 2
1 Water Engineering Department , University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
2 Water Engineering Department, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
چکیده [English]

Enhancing fog collector efficiency can be achieved by increasing the number of layers in various collectors. This study scrutinized the influence of layers on efficiency for conventional collectors (Raschel and Aluminum mesh) through a meticulous analysis of theoretical relationships and the execution of experimental tests. In the laboratory phase, following the installation of the system, the output flow from the humidifier was directed toward the collecting plate. Subsequently, the efficiency of collectors with 1, 2, 5, and 7 layers was assessed and compared based on the amount of collected water post-fog extraction. The results of the investigation into the theoretical relations governing water extraction from fog revealed a significant trend. As the shade coefficient of the collector increases, aerodynamic efficiency demonstrates an initial increase, peaking at 50-60%, followed by a subsequent decrease. Furthermore, the efficiency of Raschel and Aluminum mesh is intricately linked to the number of layers, with the highest theoretical efficiency observed at 4 and 7 layers, respectively. Experimental findings indicated the highest water collection efficiency for Raschel mesh with 5 layers at 55.3% and for Aluminum mesh with 6 layers at 58.1%. In terms of cost-effectiveness, the optimal number of layers for Raschel and Aluminum mesh is determined to be 2 and 4 layers, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Aluminum mesh
  • Collector
  • efficiency
  • Number of layers
  • Raschel mesh

مراجع

[1] S.A. Abdul-Wahab, H. Al-Hinai, K.A. Al-Najar, M.S. Al-Kalbani, Feasibility of fog water collection: a case study from Oman, Journal of Water Supply: Research and Technology—AQUA, 56(4) (2007) 275-280.
[2] R.S. Schemenauer, P. Cereceda, A proposed standard fog collector for use in high-elevation regions, Journal of applied Meteorology and Climatology, 33(11) (1994) 1313-1322.
[3] D. Carvajal, M. Mora-Carreño, C. Sandoval, S. Espinoza, Assessing fog water collection in the coastal mountain range of Antofagasta, Chile, Journal of Arid Environments, 198 (2022) 104679.
[4] S. Montecinos, P. Cereceda, D. Rivera, Fog collection and its relationship with local meteorological variables in a semiarid zone in Chile, Atmósfera, 31(2) (2018) 143-153.
[5] O. Klemm, R.S. Schemenauer, A. Lummerich, P. Cereceda, V. Marzol, D. Corell, J. Van Heerden, D. Reinhard, T. Gherezghiher, J. Olivier, Fog as a fresh-water resource: overview and perspectives, Ambio, 41 (2012) 221-234.
[6] A. Ritter, C. Regalado, G. Aschan, Fog water collection in a subtropical elfin laurel forest of the Garajonay National Park (Canary Islands): a combined approach using artificial fog catchers and a physically based impaction model, Journal of Hydrometeorology, 9(5) (2008) 920-935.
[7] M. Fessehaye, S.A. Abdul-Wahab, M.J. Savage, T. Kohler, S. Tesfay, The potential for scaling up a fog collection system on the eastern escarpment of Eritrea, Mountain Research and Development, 35(4) (2015) 365-373.
[8] R.S. Schemenauer, P.I. Joe, The collection efficiency of a massive fog collector, Atmospheric Research, 24(1-4) (1989) 53-69.
[9] M.J. Estrela, J.A. Valiente, D. Corell, D. Fuentes, A. Valdecantos, Prospective use of collected fog water in the restoration of degraded burned areas under dry Mediterranean conditions, Agricultural and forest meteorology, 149(11) (2009) 1896-1906.
[10] D.C. Villacrés, J.L. Carrera Villacrés, T. Braun, Z. Zhao, J. Gómez, J.Q. Carabalí, Fog harvesting and IoT based environment monitoring system at the Ilalo volcano in Ecuador, International journal on advanced science, engineering and information technology, 10(1) (2020) 407-412.
[11] J. de Dios Rivera, Aerodynamic collection efficiency of fog water collectors, Atmospheric Research, 102(3) (2011) 335-342.
[12] A. Moncuquet, A. Mitranescu, O.C. Marchand, S. Ramananarivo, C. Duprat, Collecting fog with vertical fibres: combined laboratory and in-situ study, Atmospheric Research, 277 (2022) 106312.
[13] C.M. Regalado, A. Ritter, The design of an optimal fog water collector: A theoretical analysis, Atmospheric Research, 178 (2016) 45-54.
[14] S. Vogel, U. Müller-Doblies, Desert geophytes under dew and fog: The “curly-whirlies” of Namaqualand (South Africa), Flora-Morphology, Distribution, Functional Ecology of Plants, 206(1) (2011) 3-31.
[15] M. Azad, D. Ellerbrok, W. Barthlott, K. Koch, Fog collecting biomimetic surfaces: Influence of microstructure and wettability, Bioinspiration & biomimetics, 10(1) (2015) 016004.
[16] K.-C. Park, S.S. Chhatre, S. Srinivasan, R.E. Cohen, G.H. McKinley, Optimal design of permeable fiber network structures for fog harvesting, Langmuir, 29(43) (2013) 13269-13277.
[17] A.T. Paxson, J.L. Yagüe, K.K. Gleason, K.K. Varanasi, Stable dropwise condensation for enhancing heat transfer via the initiated chemical vapor deposition (iCVD) of grafted polymer films, Adv. Mater, 26(3) (2014) 418-423.
[18] D. Torresin, M.K. Tiwari, D. Del Col, D. Poulikakos, Flow condensation on copper-based nanotextured superhydrophobic surfaces, Langmuir, 29(2) (2013) 840-848.
[19] M. Mousavi Baygi, The implementation of fog water collection systems in Northeast of Iran, International Journal of Pure and Applied Physics, 4 (2008).
[20] J. Goodman, The collection of fog drip, Water Resources Research, 21(3) (1985) 392-394.
[21] H. Glauert, D. Hirst, A. Hartshorn, Induced flow through a partially choked pipe, His Majesty's Stationery Office, Great Britain, (1932).
[22] I.E. Idel'Cik, Memento des pertes de charge, Collection de la Direction des Etudes et Recherches d'Electricité de France,  (1969).
[23] J.-K. Koo, D.F. James, Fluid flow around and through a screen, Journal of Fluid Mechanics, 60(3) (1973) 513-538.
[24] W. Shi, M.J. Anderson, J.B. Tulkoff, B.S. Kennedy, J.B. Boreyko, Fog harvesting with harps, ACS applied materials & interfaces, 10(14) (2018) 11979-11986.
[25] I. Langmuir, K. Blodgett, A mathematical investigation of water droplet trajectories, Army Air Forces Headquarters, Air Technical Service Command, United States,(1946).
[26] B. Demoz, J. Collett Jr, B. Daube Jr, On the Caltech active strand cloudwater collectors, Atmospheric Research, 41(1) (1996) 47-62.
[27] D. Gurera, B. Bhushan, Optimization of bioinspired conical surfaces for water collection from fog, Journal of colloid and interface science, 551 (2019) 26-38.
[28] J. Ju, Y. Zheng, L. Jiang, Bioinspired one-dimensional materials for directional liquid transport, Accounts of chemical research, 47(8) (2014) 2342-2352.
[29] A. Lee, M.-W. Moon, H. Lim, W.-D. Kim, H.-Y. Kim, Water harvest via dewing, Langmuir, 28(27) (2012) 10183-10191.
[30] M. Rajaram, X. Heng, M. Oza, C. Luo, Enhancement of fog-collection efficiency of a Raschel mesh using surface coatings and local geometric changes, Colloids and surfaces A: physicochemical and engineering aspects, 508 (2016) 218-229.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 55، شماره 11
بهمن 1402
صفحه 1319-1332

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار