التحليل التجريبي المقارن لتأثير الأقطاب المغناطيسية الممتدة المبتكرة على أداء المقطرات الشمسية المخروطية: تحسين متعدد الأهداف وتحليل 3E.
Title Comparative experimental analysis of innovative extended magnetic poles effects on the performance of conical solar distillers: Multi-objective optimization and 3E Analysis
الباحث الرئيس ياسر حسين عتيق الله الاحمدي
الباحثون المشاركون
التخصص: الهندسة الميكانيكية
التخصص الدقيق: ميكانيكا الموائع والعلوم الحرارية
المستخلص: هدف هذه الورقة البحثية إلى تقديم تعديلات مبتكرة لتجاوز القصور في أداء المقطرات الشمسية، ولا سيما محدودية إنتاجيتها وانخفاض كفاءتها. وقد تحقق ذلك من خلال دمج أقطاب مغناطيسية ممتدة مبتكرة تخضع لعملية تحسين متعددة الأهداف مع حوض المقطر الشمسي المخروطي. تساعد المجالات المغناطيسية الناتجة عن الأقطاب المغناطيسية المستخدمة في تقليل التوتر السطحي للماء وتحفيز جزيئات الماء على الانفصال بسهولة من سطح الماء إلى الهواء، مما يؤدي إلى زيادة معدلات التبخر. بالإضافة إلى ذلك، استُخدمت الأقطاب المغناطيسية كمادة لتخزين الحرارة.
تمت دراسة أربع توزيعات مختلفة للأقطاب المغناطيسية داخل حوض المقطر للحصول على التوزيع الأمثل الذي يحقق أعلى أداء للمقطرات الشمسية المخروطية. وقد أُجري التحقيق التجريبي من خلال تصميم وتصنيع واختبار كل من: مقطر شمسي مخروطي تقليدي مرجعي (TCSD)، مقطر شمسي مخروطي مزود بقطبين مغناطيسيين أسطوانيين (CSD-TCMP)، مقطر مزود بأربعة أقطاب مغناطيسية (CSD-FCMP)، مقطر مزود بستة أقطاب (CSD-SCMP)، ومقطر مزود بثمانية أقطاب مغناطيسية (CSD-ECMP).
أظهرت النتائج أن تصميم CSD-ECMP المُحسَّن حقق إنتاجًا تراكميًا قدره 10.26 لتر/م² في اليوم، أي بزيادة قدرها 108.54% مقارنةً بـ TCSD الذي بلغ إنتاجه 4.92 لتر/م² في اليوم. كما حسّن CSD-ECMP من الكفاءة الحرارية وكفاءة الإكسرجي اليومية بنسبة 107.52% و238.21% على التوالي مقارنة بـ TCSD. وأظهرت الدراسة الاقتصادية أن CSD-ECMP يمثل أفضل تصميم من حيث الجدوى الاقتصادية، حيث ساعد في تقليل تكلفة إنتاج المياه العذبة بنسبة 50.13%.
Abstract: The current paper aims to provide innovative modifications to overcome the shortcomings of solar stills, particularly their limited productivity and low efficiency. This was achieved by incorporating the innovative extended magnetic poles that have multi-objective optimization with the basin of conical solar distillers. The magnetic field of used magnetic poles helps reduce the surface tension of water and stimulates water molecules to break free from the water to the air interface easily, which will help increase the evaporation rates. In addition, the magnetic poles were utilized as the thermal storage materials. Four different configurations of magnetic pole distributions in the distiller basin were studied to get the optimized distribution of magnetic poles that achieve the highest performance of conical solar distillers. The experimental investigation was conducted by designing, fabricating, and testing a reference traditional conical solar distiller (TCSD), conical solar distiller with two cylindrical magnetic poles (CSD-TCMP), conical solar distiller with four cylindrical magnetic poles (CSD-FCMP), conical solar distiller with six cylindrical magnetic poles (CSD-SCMP), and conical solar distiller with eight cylindrical magnetic poles (CSD-ECMP). The results showed that the CSD-ECMP represents optimized design achieved an accumulative yield of 10.26 L/m2 day, representing a 108.54 % improvement compared to the TCSD, which had an accumulative yield of 4.92 L/m2 day. Additionally, the CSD-ECMP enhances daily energy and exergy efficiencies by 107.52 % and 238.21 %, respectively, compared to TCSD. The economic viability presented that CSD-ECMP represents the best design that helps a 50.13 % reduction in freshwater production cost.