Loading...

Experimental Investigation of an Evaporative Condenser-Based Combined Heat Pump and Humidification-Dehumidification Desalination System

Faegh, Meysam | 2020

1198 Viewed
  1. Type of Document: Ph.D. Dissertation
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 53362 (08)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Mechanical Engineering
  6. Advisor(s): Shafii, Mohammad Behshad
  7. Abstract:
  8. The present thesis aimed to study a novel heat pump integrated humidification-dehumidification (HDH-HP) desalination system. A theoretical outline was proposed for the first time to examine the design and off-design performance of HDH-HP cycles via the compressor characteristics method. In this regard, the variations in heat pump performance were modeled in different operating conditions for a fixed-size system. To fabricate a compact HDH-HP system, an evaporative condenser was designed and used instead of a separate humidifier, heater, and air/water-cooled condensers find in previous HDH-HP systems. Meanwhile, the air dehumidification process in this work directly occurred inside the heat pump evaporator. The effect of several operating parameters such as ambient wet-bulb temperature, spraying saline water and airflow rates, compressor speed, superheat, and evaporator saturation temperature control modes of the electronic expansion valve (EEV) on freshwater production and GOR were studied. Analyzing the experimental results indicated that freshwater productivity, GOR, and CPL reached 1.08 kg/h, 2.00, and 0.019 $/L, respectively. Higher freshwater produced at decreased airflow rates and increased ambient wet-bulb temperatures, spraying water flow rate and compressor speeds. Moreover, it was observed that the system performance enhances at higher adjusted evaporator saturated temperatures and lower superheats in the EEV controller. The system can be operated 6 hours a day by utilizing 3 m2 of photovoltaic panels. Finally, various machine learning models were tested to predict the performance of the system. It was observed that the MLPANN model has the best performance
  9. Keywords:
  10. Solar Desalination ; Machine Learning ; Heat Pumps ; Dehumidification ; Evaporative Condenser ; Humidification-Dehumidification ; Refrigeration ; Cogeneration

 Digital Object List

 Bookmark

  • چکیده
  • فهرست مطالب
  • فهرست جدول‌ها
  • فهرست شکل‌ها
  • فهرست علائم و اختصارات
  • فصل1 مقدمه
    • 1-1 جایگاه نمک‌زدایی در تأمین امنیت جهانی آب
    • 1-2 وضعیت آب در ایران
    • 1-3 اهمیت روش رطوبت‌زنی و رطوبت‌گیری
  • فصل2 مروری بر ادبیات
    • 2-1 سیستم‌های ساده رطوبت‌زنی و رطوبت‌گیری
    • 2-2 تلفیق سیستم‌های رطوبت‌زنی و رطوبت‌گیری با پمپ‌های حرارتی
    • 2-3 اهمیت و روند انجام این پژوهش
  • فصل3 معادلات حاکم
    • 3-1 مدل‌سازی ترمودینامیکی و استفاده از روش مشخصه‌ها برای سیستم اولیه
      • 3-1-1 مشخصات چرخه اولیه
      • 3-1-2 معادلات حاکم
        • 3-1-2-1 رطوبت‌زن
        • 3-1-2-2 کندانسور پمپ حرارتی
        • 3-1-2-3 اواپراتور پمپ حرارتی
        • 3-1-2-4 کمپرسور پمپ حرارتی
        • 3-1-2-5 شیر انبساط
    • 3-2 معادلات حاکم بر سیستم نهایی ساخته‌شده با کندانسور تبخیری
      • 3-2-1 مشخصات چرخه نهایی ساخته‌شده
      • 3-2-2 معادلات حاکم
        • 3-2-2-1 کندانسور تبخیری
        • 3-2-2-2 شیر انبساط
        • 3-2-2-3 اواپراتور رطوبت‌گیر
        • 3-2-2-4 کمپرسور
    • 3-3 معادلات مربوط به مدل‌سازی با الگوریتم‌های یادگیری ماشین
      • 3-3-1 مدل‌سازی رفتار کلی سیستم
        • 3-3-1-1 مدل شبکه عصبی چندلایه (MLPANN)
        • 3-3-1-2 مدل شبکه عصبی بر اساس تابع شعاعی (RBFANN)
        • 3-3-1-3 مدل سیستم عصبی-فازی تطبیقی (ANFIS)
      • 3-3-2 مدل‌سازی رفتار کندانسور تبخیری
        • 3-3-2-1 مدل شبکه عصبی چندلایه (MLPANN)
        • 3-3-2-2 مدل بردار حامی (SVR)
        • 3-3-2-3 مدل درخت تصمیم‌گیری
        • 3-3-2-4 مدل جنگل تصادفی (RF)
  • فصل4 ساخت سیستم و آماده‌سازی تجهیزات
    • 4-1 ساخت کندانسور تبخیری
    • 4-2 ساخت اواپراتور رطوبت‌گیر
    • 4-3 ساخت بدنه
    • 4-4 تابلو برق
    • 4-5 سیستم آزمون خورشیدی
    • 4-6 پارامترها و تجهیزات اندازه‌گیری
  • فصل5 ارائه نتایج و بحث
    • 5-1 نتایج مدل‌سازی ترمودینامیکی
      • 5-1-1 صحت‌سنجی نتایج چرخه ترکیبی رطوبت‌زنی - رطوبت‌گیری و پمپ حرارتی
      • 5-1-2 طراحی سیستم برای شرایط محیطی ثابت
        • 5-1-2-1 تأثیر دمای طراحی اواپراتور پمپ حرارتی
        • 5-1-2-2 تأثیر دمای طراحی کندانسور پمپ حرارتی
        • 5-1-2-3 تأثیر کارایی رطوبت‌زن
      • 5-1-3 بررسی عملکرد سیستم طراحی‌شده با ابعاد ثابت در شرایط محیطی متغیر
        • 5-1-3-1 تأثیر دمای محیط بر عملکرد سیستم با ابعاد ثابت در شرایط محیطی متغیر
        • 5-1-3-2 تأثیر رطوبت نسبی محیط بر عملکرد سیستم با ابعاد ثابت در شرایط محیطی متغیر
        • 5-1-3-3 تأثیر دمای آب ورودی بر عملکرد سیستم با ابعاد ثابت در شرایط محیطی متغیر
    • 5-2 نتایج تجربی
      • 5-2-1 تأثیر دمای حباب‌تر محیط
      • 5-2-2 تأثیر دبی آب شور اسپری شده
      • 5-2-3 تأثیر دبی هوا
      • 5-2-4 تأثیر دور کمپرسور
      • 5-2-5 تأثیر استفاده از حالت تنظیم‌کننده میزان مافوق گرم شدن توسط شیر انبساط الکترونیک
      • 5-2-6 تأثیر استفاده از حالت تنظیم‌کننده دمای اواپراتور توسط شیر انبساط الکترونیک
      • 5-2-7 سیستم خورشیدی
      • 5-2-8 تحلیل اقتصادی
      • 5-2-9 مقایسه با پژوهش‌های پیشین
    • 5-3 نتایج مدل‌سازی با الگوریتم‌های ماشین
      • 5-3-1 مدل‌سازی رفتار کلی سیستم
      • 5-3-2 مدل‌سازی مجزا کندانسور تبخیری
        • 5-3-2-1 تنظیم پارامترهای مورد استفاده در مدل‌های مختلف
        • 5-3-2-2 تحلیل رفتار مدل‌ها
        • 5-3-2-3 بررسی اهمیت سنجی نسبی پارامترها
        • 5-3-2-4 بررسی تأثیر تعداد داده‌ها
        • 5-3-2-5 مقایسه با پژوهش‌های پیشین
  • فصل6 جمع‌بندی و پیشنهادها
    • 6-1 جمع‌بندی
    • 6-2 پیشنهادها
  • مراجع
  • پیوست مقالات
...see more