Enhancing Performance of Solar-Powered MED: Effect of increasing TBT and Fouling. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Ms. Thesis Report Jawaher.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 4 January 2027. Download (3MB)

Arabic Abstract

الملخص الاسم الكامل: جواهر الحجاجي عنوان الرسالة: تحسين أداء نظام التقطير متعدد التأثيرات (MED) العامل بالطاقة الشمسية: تأثير زيادة فرق درجة الحرارة الكلية (TBT) والتكلّس التخصص: علوم الثرموفلويد تاريخ الدرجة العلمية: 12/2025 تطور هذه الأطروحة نموذجًا ديناميكيًا مصقولًا لوحدة التقطير المتعدد التأثيرات (MED) التي تعمل بالطاقة الشمسية والمكونة من 14 تأثيرًا والمشغلة في منصة الطاقة الشمسية في ألميريا (PSA) من أجل تقييم كيفية تطور تدهور نقل الحرارة، وفقدان الطاقة الحرة، والعوامل الاقتصادية على مدى التشغيل طويل الأمد. النموذج يدمج التكييفات القائمة على الهندسة لتكثيف البخار وتبخر الفيلم الساقط ويقدم مقاومة تلوث تعتمد على الزمن لجميع التأثيرات والسخانات المسبقة، مما يوفر تمثيلاً أكثر واقعية لسلوك النظام مقارنة بمعاملات نقل الحرارة المبسطة المستخدمة في الدراسات السابقة لـ PSA. بعد التحقق من صحة النموذج مقابل بيانات التشغيل المبلغ عنها، يتم تطبيق النموذج لفحص تأثير التلوث التدريجي على ملفات درجات الحرارة، وإنتاج البخار، وإنتاج المكثفات، ومؤشرات الأداء الرئيسية مثل نسبة البخار إلى الزيت ونسبة الاسترداد. تُظهر المحاكاة أن التلوث يسبب انخفاضًا بنسبة حوالي 16% في معاملات نقل الحرارة الإجمالية خلال عامين، مما يقلل من إنتاج التقطير بحوالي 11% ويؤدي إلى تراجع ملحوظ في كفاءة الطاقة. تكشف تحليلات الإكسرجي والانتروبيا أن المراحل الأولى من سلسلة MED تمثل أكبر الخسائر اللاترددية بسبب الفروق الحرارية الأعلى، في حين تعمل المراحل الوسطى بكفاءة إكسرجي أعلى بشكل نسبي. تربط تقييمات الإكسيرغو اقتصادي هذه الخسائر الديناميكية الحرارية بارتفاع تكاليف التحلية، مما يظهر أن التكلفة المستوية للمياه تزداد مع مرور الوقت مع تراكم التلوث وارتفاع أسعار الطاقة. يوفر العمل إطارًا متكاملًا حراريًا، وإكسرجيًا، واقتصاديًا لتقييم أنظمة MED في ظل ظروف تشغيلية حقيقية مدفوعة بالطاقة الشمسية. تُبرز النتائج الحاجة إلى نمذجة دقيقة لانتقال الحرارة، وتقييم الأداء حسب المرحلة، والسيطرة الاستباقية على التلوث للحفاظ على الإنتاجية والتكلفة الفعالة على المدى الطويل في التحلية الحرارية.

English Abstract

Abstract Full Name : Jawaher Hajaji Thesis Title : Enhancing Performance of Solar-Powered MED: Effect of increasing TBT and Fouling Major Field : Thermofluid Sciences Date of Degree : 12/2025 This thesis develops a refined dynamic model of the 14-effect solar-powered multi-effect distillation (MED) unit operated at the Plataforma Solar de Almería (PSA) in order to assess how heat-transfer degradation, exergy losses, and economic factors evolve over long-term operation. The model integrates geometry-based condensation and falling-film evaporation correlations and introduces a time-dependent fouling resistance for all effects and preheaters, yielding a more realistic representation of system behavior than the simplified overall heat-transfer coefficients used in earlier PSA studies. After validation against reported operating data, the model is applied to examine the influence of progressive fouling on temperature profiles, vapor production, distillate output, and key performance indices such as GOR and recovery ratio. The simulations show that fouling causes an approximately 16% reduction in overall heat-transfer coefficients within two years, which lowers distillate production by roughly 11% and leads to observable declines in energy efficiency. Exergy and entropy analyses reveal that the first stages of the MED train account for the largest irreversibilities due to their higher temperature differences, whereas the middle stages operate with comparatively higher exergy efficiency. An exergoeconomic evaluation further links these thermodynamic losses to rising desalination costs, demonstrating that the levelized cost of water increases over time as fouling accumulates and energy prices escalate. The work provides an integrated thermal, exergy, and economic framework for evaluating MED systems under realistic solar-driven conditions. The findings highlight the need for accurate heat-transfer modeling, stage-specific performance assessment, and proactive fouling control to sustain long-term productivity and cost-effectiveness in thermal desalination.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Antar, Mohamed Abdelkarim Mohamed
Committee Members:	ZUBAIR, SYED M. and Dahiru, Umar Lawal
Depositing User:	JAWAHER HAJAJI (g202320170)
Date Deposited:	04 Jan 2026 11:58
Last Modified:	04 Jan 2026 11:58
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143980