Experimental and Numerical Investigation of Key Parameters in Jet Impingement Condensation for Optimized Water Production Efficiency. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Turki thesis g202209300_signed.pdf Restricted to Repository staff only until 31 December 2025. Download (5MB)

Arabic Abstract

تتناول هذه الدراسة تحقيقا تجريبيا وعدديا لمكثف يعتمد على تقنية االرتطام النفاث (JIC) لتقييم تأثير المتغيرات التصميمية الرئيسية على كفاءة انتقال الحرارة والكتلة. وقد أظهرت النتائج التجريبية أن التكوين الأول، الذي يتضمن مسافة بين النفاثة واللوح (H/D) مقدارها 2 مم، ومساحة لوح مستهدفة تبلغ 35 × 35 مم، وتباعد بين الفوهات (S/D) بمقدار 7 مم، هو الأكثر كفاءة بين التكوينات التي تم اختبارها. وقد حقق هذا التكوين أعلى القيم لعدد نوسلت (Nu) وعدد شيروود(Sh) ، ويُعزى ذلك إلى تأثير الإرتطام النفاث المركز والفعّال، الذي ساهم في تعزيز انتقال الحرارة والكتلة. إلى جانب العمل التجريبي، تم استخدام محاكاة عددية بواسطة برنامج ANSYS لإستكشاف نطاق أوسع من المتغيرات، بما في ذلك مسافة النفاثة إلى اللوح (H/D) ، وتباعد الفوهات (S/D) ، ومساحة اللوح، وسرعة التدفق. وقد أظهرت النتائج العددية قيما مثلى، مثل نسبة (H/D) مقدارها 2 ونسبة (S/D) مقدارها 15 التي عززت بشكل كبير كفاءة انتقال الحرارة والكتلة في النظام. تؤكد هذه النتائج أهمية ضبط المتغيرات بعناية لتحقيق الأداء الأمثل. تُبرز هذه الدراسة الشاملة أهمية تحسين المتغيرات عند تصميم مكثفات مدمجة وذات أداء عالي، وتوفر رؤى قيمة للتطبيقات الصناعية التي تتطلب إدارة حرارية فعالة وأنظمة إنتاج مياه مستدامة.

English Abstract

This study presents an experimental and numerical investigation of a jet impingement condenser (JIC) aimed at evaluating the effects of critical design parameters on heat and mass transfer efficiency. The experimental work found that Configuration 1, which is characterized by a jet-to-plate distance of 2 mm, a 35 mm x 35 mm target plate area, and a nozzle spacing of 7 mm, demonstrated the highest performance among the tested configurations. This configuration achieved the greatest Nusselt (Nu) and Sherwood (Sh) numbers, attributed to the concentrated and effective jet impingement, which enhanced heat and mass transfer. Complementing the experimental efforts, numerical simulations using ANSYS were employed to explore a broader range of parameters, including variations in jet-to-plate distance (H/D), nozzle spacing (S/D), target plate area, and fluid velocity. The numerical results provided detailed insights and identified the best possible values, such as an H/D ratio of 2 and an S/D ratio of 15, which significantly enhanced both heat and mass transfer efficiencies in the system. These findings highlight the importance of systematically varying parameters to achieve the best performance. This comprehensive investigation emphasizes the need for parameter optimization when designing compact, high-performance condensers, and offers valuable insights for industrial applications requiring efficient thermal management and sustainable water production systems.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Alshehri, Ali
Committee Members:	Antar, Mohamed Abdelkarim Mohamed and Hafiz, muhammad ali arshad
Depositing User:	TURKI AL-ATI (g202209300)
Date Deposited:	01 Jan 2025 06:18
Last Modified:	01 Jan 2025 12:23
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143209