Enhancing The Performance Of Spherical And Tubular Solar Stills Through Novel Nanoparticle Coating And Thermal Energy Storage Media. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF KFUPM_Thesis_desertation_Mosab.pdf Restricted to Repository staff only until 27 May 2026. Download (62MB)

Arabic Abstract

لا يزال الحصول على مياه الشرب يمثل تحديًا عالميًا كبيرًا على الرغم من وفرة موارد المياه على الأرض، حيث أن معظم المياه المتاحة مالحة أو قليلة الملوحة. وقد اكتسبت أجهزة التقطير الشمسية اهتمامًا نظرًا لبساطتها وتكلفتها المنخفضة؛ ومع ذلك، فإن انخفاض إنتاجيتها يحد من انتشار استخدامها. تهدف هذه الدراسة إلى تحسين أداء تكوينين لجهاز التقطير الشمسي - جهاز التقطير الشمسي الكروي )SSS( وجهاز التقطير الشمسي الأنبوبي )TSS( من خلال تعديلات فعالة من حيث التكلفة. في البداية، تم اختبار النظامين تحت أعماق مياه مختلفة )1 سم، 2 سم، 3 سم( لتحديد العمق الأمثل للتشغيل، وقد تبين أن عمق 1 سم يُحقق أعلى إنتاجية. في نظام ،SSS تم إدخال إسفنجات ألمنيوم )مطلية وغير مطلية ( كوسائط لتخزين الحرارة المحسوسة، مما زاد إنتاجية المياه إلى 88.7 و16.7 لتر/م² على التوالي. كما تم تقييم تأثير ارتفاع عبوات المواد متغيرة الطور ) PCM( وموقعها، حيث أدى استخدام أربع عبوات بارتفاع 18 سم موضوعة عند حافة الحوض إلى انخفاض الإنتاجية بنسبة %26، في حين أدى تقليل الارتفاع إلى 13 سم إلى تحسن بنسبة %10. وعند تحريك العبوات إلى مسافة 4 سم من حافة الحوض، ارتفعت الإنتاجية بنسبة %18 للعبوات ذات الارتفاع 18 سم، و39% للعبوات بارتفاع 13 سم. أما في نظام ،TSS فقد تم طلاء صفيحة الامتصاص بجسيمات نانوية من الكربون المنشط المحضّرة من قشور الفستق، مما أدى إلى زيادة الإنتاجية بنسبة 28%. كما ساهم إدخال شمع النخيل وشمع العسل كمواد متغيرة الطور في تحسين الإنتاجية بنسبة %28 و41% على التوالي. وعند الجمع بين طلاء النانو وهذه المواد، ارتفعت نسبة التحسين إلى %45 لشمع النخيل و62% لشمع العسل، مما يبرز فعالية هذه التعديلات في تعزيز أداء أنظمة التحلية الشمسية منخفضة التكلفة.

English Abstract

Access to potable water remains a major global challenge despite the Earth’s abundant water resources, as most available water is saline or brackish. Solar stills have gained attention due to their simplicity and low cost; however, their low productivity limits widespread application. This study aims to improve the performance of two solar still configurations, spherical solar still (SSS) and tubular solar still (TSS), through cost-effective modifications. Initially, both systems were tested under different water depths (1 cm, 2 cm, and 3 cm) to determine the optimal operating condition, with 1 cm found to produce the highest yields. In the SSS, aluminum sponges (coated and uncoated) were introduced as sensible heat storage (SHS) media, increasing water yield to 7.88 L/m2 and 7.16 L/m2, respectively. The influence of PCM height and placement was also assessed. Using four 18 cm PCM cans placed at the basin edge reduced yield by 26.67%, while reducing the height to 13 cm improved yield by 10.66%. When cans were positioned 4 cm from the basin edge, yield improved by 18.08% (18 cm cans) and 39.26% (13 cm cans). For the TSS, the absorber plate was nanocoated with activated carbon nanoparticles synthesized from pistachio shells, resulting in a 28.5% increase in water yield. Incorporating palm wax and beeswax as phase change materials (PCMs) enhanced productivity by 28.47% and 41.35%, respectively. When combined with absorber nanocoating, yields increased further to 45.17% (palm wax) and 62.96% (beeswax).

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Sathyamurthy, Ravishankar
Committee Members:	Mokheimer, Esmail M. A. and Ali, Usman
Depositing User:	MOSAB ELHASSAN (g202213660)
Date Deposited:	28 May 2025 07:35
Last Modified:	28 May 2025 07:35
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143482