ANALYTICAL MODELING OF A MULTISTAGE BUBBLE COLUMN HUMIDIFIER. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Analytical Modeling of a Multistage Bubble Column Humidifier.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 29 June 2023. Download (1MB)

Arabic Abstract

مشكلة نقص المياه العذبة هي قضية القرن التي تزداد مع زيادة عدد سكان العالم حيث يعاني معظم سكان العالم من شح المياه النظيفة. لتخفيف هذا النقص، بُذلت جهود كبيرة في قطاع تحلية المياه لتسهيل وتطوير منهجية تحلية مياه فعالة وموثوقة لمعالجة مياه البحر من أجل الحصول على المياه العذبة. (الترطيب-إزالة الترطيب) (HDH) هي تقنية تعامل كوسيلة لتحلية الماء من خلال الغاز الناقل وهي في نهاية المطاف مناسبة لنظام تحلية المياه على نطاق صغير. ستركز هذه الأطروحة على مقاربة تحليلية مقترحة لتحديد التصميم الأمثل للمرطب في نظام HDH من خلال الاستفادة من تحسين النظام مثل المرطب متعدد المراحل. سيساعد هذا التحسين في توفير المياه العذبة لسكان العالم. هذه الدراسة لها أهمية محورية لفهم ظروف التشغيل المثال للمرطب لإدماجها المحتمل مع مزيل الرطوبة. وبالتالي ، يمكن الحصول على نظام HDH محسّن. ستدرس الأطروحة أيضًا نموذجين مختلفين وتأثيرهما على أداء مرطب عمود الفقاعات بشكل عام، وسيتم أيضا دراسة لمختلف عوامل التشغيل والتصميم في هذه الأطروحة لتحديد حدود النظام المثلى. في هذه الاطروحة ايضا سيتم توفير مقارنة بين كلا النموذجين لفهم الفرق بين هذه النماذج. تم اختبار كلا النموذجين والتحقق منهما ومقارنتهما بالأعمال السابقة المماثلة ووجد أنهما متشابهان من حيث الكم والنوع. بالنسبة إلى المرطب ذو الطبقات المتعددة ، تم تحليل نوعين مختلفين في طريقة التركيب، وهي سلسلة ومتعددة المراحل للمرطب، وكان الهدف من هذا التحليل هو إلقاء الضوء على تأثير التكوينات المختلفة على أداء النظام العام. لاستكشاف تأثير النظام المتعدد الطبقات على المرطب ، تم التحقيق في دراسة شاملة لاستكشاف الأداء الأمثل للنظام. تشمل هذه الدراسة الشاملة على سبيل المثال لا الحصر تأثير المراحل المتعددة على الفعالية الكلية ، ونسبة رطوبة المخرج ، ودرجة حرارة الهواء الخارج ، وفعالية كل مرحلة. بالإضافة إلى ذلك، تم التحقيق في تأثير عوامل التشغيل بالتزامن مع تعدد الطبقات. هذا التحقيق تجلى في تأثير درجات الحرارة المتغيرة لمدخل المياه ، ودرجة حرارة مدخل الهواء ، ونسبة الكتلة والرطوبة النسبية للمدخل على درجات حرارة خروج الماء والهواء بالإضافة إلى الفعالية الكلية للنظام. بشكل عام ، أثبتت المراحل المتعددة تأثيرها في زيادة القيمة القصوى للفعالية المحققة من 33٪ للمرحلة المفردة إلى 94٪ للمراحل الاربعة من المرطب. أوضحت النتائج أن المراحل المتعددة تؤثر على نسبة رطوبة الهواء بشكل إيجابي ، أربع مراحل كافية لتضاعف نسبة رطوبة المخرج ثلاث مرات تقريبًا. إن زيادة نسبة الرطوبة التي لوحظت في المرطب متعدد المراحل هي علامة على نظام فعال للغاية لأن القيمة العالية لنسبة الرطوبة تؤدي إلى كمية أكبر من الماء المنتج من نظام HDH.

English Abstract

Lack of fresh water is one of the century issues that increase as the world population increases, whereas most of the world population undergoes clean water scarcity. In order to mitigate such shortage, a considerable effort has been offered in the desalination sector to facilitate and develop a cost-effective, reliable and efficient desalination methodology to process seawater in order to obtain fresh water. Humidification-dehumidification (HDH) is a technique which treated as a gas carrier desalination method that is ultimate to fit for a small-scale water desalination system. This thesis will focus on a proposed analytical approach to identify the optimum operation and design of the humidifier of the HDH system by utilizing system enhancement such as multi-staging of the humidifier layers. Such enhancement will help in making the fresh water accessible for the world population. The outcomes from this study are of pivotal importance to understand the optimum operating conditions of the humidifier for its possible integration with the dehumidifier. Consequently, an improved HDH system can be obtained. The thesis will also study two different models and their influences on the overall bubble column humidifier performance. Operational and design parameters are studied in this thesis to set the limits of the optimum system parameters. A comparison of both models is provided to comprehend the difference between these models. Both models were tested and validated with the literature and found to be quantitatively and qualitatively similar. For Multi-staging, different configurations were analyzed in this work; these are series and parallel Multi-staging. This analysis intended to shed light on different configurations effect on the overall system performance. A comprehensive parametric study was investigated to explore the effect of multi-staging. This parametric study includes but not limited to the effect of multi-staging on the total effectiveness, outlet humidity ratio, outlet air temperature, and each stage's effectiveness. The effect of operating factors was also investigated in conjunction with the multi-staging. These operational parameters are the effect of varying water inlet temperature, air Inlet temperature, mass ratio, and inlet relative humidity on exit water and air temperatures as well as the overall effectiveness of the system. Overall, multi-staging has proven its influence in boosting the maximum value of the effectiveness achieved from 33% for the single stage to 94% for the fourth stages of bubble column humidifier. Results have shown that multi-staging influences the outlet air humidity ratio positively, four stages are enough to almost triple the outlet humidity ratio, the humidifier at the fourth stage can produce air with a humidity ratio of almost 0.15 〖Kg〗_vapor⁄〖Kg〗_(dry air) compared with a 0.05 〖Kg〗_vapor⁄〖Kg〗_(dry air) at the first stage. The humidity ratio increment noticed in the multi-stages bubble column humidifier is a sign of a highly effective system since a higher value of humidity ratio leads to a higher amount of water produced of the HDH system.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Antar, Mohammed
Committee Members:	Zubair, Syed and Al-Sulaiman, Fahad
Depositing User:	MESHARI AL-BAHLI (g200874780)
Date Deposited:	30 Jun 2020 08:48
Last Modified:	30 Jun 2020 08:48
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141650