مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی تجربی اثر شکل هندسی حفره توری در استحصال آب از مه

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
سینا نیکبخت
محمدمهدی هیهات
دانشگاه تربیت مدرس
10.48311/mme.24.12.699
چکیده
امروزه یکی از نگرانی‌های جامعه‌ی جهانی کمبود آب شیرین می‎باشد. برای حل بحران کمبود آب شیرین، روش‌های مختلفی از جمله استفاده از آب موجود در جریان مه‌آلود جهت دستیابی به آب شیرین پیشنهاد شده‌است. استحصال آب از مه به‌عنوان یک روش پایدار و مؤثر برای تأمین آب شیرین شناخته می‌شود. در مطالعات، از انواع مختلف المان‌ها جهت جمع‌آوری آب از جریان مه‌آلود استفاده شده‌است. یکی از پرکاربردترین المان‌های جمع‌کننده‌ی مه که در مطالعات مختلف از آن‌ها استفاده شده‌است توری‌های بافته شده با شکل هندسی حفره‌ی مربعی می‌باشند. از مهم‌ترین معایب این نوع از المان‌ها می‌توان به راندمان جمع‌آوری آب پایین آن‌ها به خصوص در سرعت‌های پایین جریان باد اشاره کرد. در این مطالعه جهت بهبود راندمان جمع آوری، دو شکل هندسی حفره‌ی توری، مثلثی و شش‌ضلعی، پیشنهاد و با توری مربعی معادل از لحاظ ضریب سایه مقایسه شده‌است. بررسی‌ها به صورت تجربی و توسط یک بستر آزمون تجربی که امکان همانند سازی جریان هوای مه‌الود اتمسفری را فراهم می‌سازد در دو سرعت جریان هوا صورت گرفته است. نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که شکل هندسی حفره‌ی توری یکی از عوامل اثرگذار در نرخ استحصال آب می‌باشد به‌طوریکه استفاده از توری مثلثی و شش‌ضلعی در مقایسه با توری مربعی، حداکثر به ترتیب می‌تواند نرخ استحصال آب را تا 6/12 و 29 درصد بهبود ببخشد
کلیدواژه‌ها
استحصال آب از مه
هندسه‌ی توری
توری مثلثی
توری مربعی
توری شش ضلعی

موضوعات

عنوان مقاله English

Experimental Investigation of the Effect of Mesh Hole Geometry on Fog Harvesting

نویسندگان English

sina nikbakht
Mohammad Mahdi Heyhat
Tarbiat Modares University
چکیده English

Nowadays, fresh water scarcity is one of the major concerns of the global community. To tackle the freshwater scarcity situation, several solutions have been suggested, including the extraction of water from fog-laden flow. Fog harvesting is known as a sustainable and effective approach to supplying freshwater. Various types of fog collecting elements (FCEs) have been implemented in studies to collect water from fog-laden flow. Woven meshes with square-shaped holes are among the most frequently employed FCEs in studies. One of the major drawbacks of these types of FCEs is their low water collection efficiency, particularly at low wind velocities. In this study, two alternative mesh hole geometries, triangular and hexagonal, were proposed to enhance the collection efficiency and compared with an equivalent square mesh in terms of the shading coefficient (SC). The evaluations were conducted experimentally using an experimental setup capable of mimicking atmospheric fog-laden flow at two different air velocities. The results indicate that the water harvesting rate is highly affected by mesh hole geometry. Using triangular and hexagonal meshes, compared to square mesh, can improve the water collection rate by up to 12.6% and 29%, respectively

کلیدواژه‌ها English

Keywords Fog Harvesting
Mesh Geometry
Triangular Mesh
Square Mesh
Hexagonal Mesh
[1] M.M. Mekonnen, A.Y. Hoekstra, Sustainability: Four billion people facing severe water scarcity, Sci Adv 2 (2016) 1–7. https://doi.org/10.1126/sciadv.1500323.
[2] C.J. Vörösmarty, P. Green, J. Salisbury, R.B. Lammers, Global water resources: Vulnerability from climate change and population growth, Science (1979) 289 (2000) 284–288. https://doi.org/10.1126/science.289.5477.284.
[3] M. Qadir, G.C. Jiménez, R.L. Farnum, L.L. Dodson, V. Smakhtin, Fog water collection: Challenges beyond technology, Water (Switzerland) 10 (2018) 1–10. https://doi.org/10.3390/w10040372.
[4] K.C. Park, S.S. Chhatre, S. Srinivasan, R.E. Cohen, G.H. McKinley, Optimal design of permeable fiber network structures for fog harvesting, Langmuir 29 (2013) 13269–13277. https://doi.org/10.1021/la402409f.
[5] Y. Jiang, C. Machado, K.K. Park, From capture to transport: A review of engineered surfaces for fog collection, Droplet 2 (2023). https://doi.org/10.1002/dro2.55.
[6] A. Phys, Fog collection on a superhydrophilic wire Fog collection on a superhydrophilic wire, 083701 (2019) 1–6. https://doi.org/10.1063/1.5087144.
[7] J. Knapczyk-Korczak, P.K. Szewczyk, D.P. Ura, K. Berent, U. Stachewicz, Hydrophilic nanofibers in fog collectors for increased water harvesting efficiency, RSC Adv 10 (2020) 22335–22342. https://doi.org/10.1039/d0ra03939j.
[8] M.A.K. Azad, D. Ellerbrok, W. Barthlott, K. Koch, Fog collecting biomimetic surfaces: Influence of microstructure and wettability, Bioinspir Biomim 10 (2015) 16004. https://doi.org/10.1088/1748-3190/10/1/016004.
[9] M. Rajaram, X. Heng, M. Oza, C. Luo, Colloids and Surfaces A : Physicochemical and Engineering Aspects Enhancement of fog-collection efficiency of a Raschel mesh using surface coatings and local geometric changes, Colloids Surf A Physicochem Eng Asp 508 (2016) 218–229. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2016.08.034.
[10] J.H. Kang, J. Lee, J.Y. Kim, J.W. Moon, H.S. Jang, Effect of Mesh Wettability Modification on Atmospheric and Industrial Fog Harvesting, 9 (2021) 1–11. https://doi.org/10.3389/fphy.2021.680641.
[11] C. Liu, R. Sun, J. Zhao, Y. Hu, J. Mo, Journal of Environmental Chemical Engineering Enhancement of water collection efficiency by optimizing hole size and ratio of hydrophilic-superhydrophobic area on hybrid surfaces, J Environ Chem Eng 11 (2023) 111082. https://doi.org/10.1016/j.jece.2023.111082.
[12] D. Yang, A.G. Ramu, D. Choi, Multifunctional integrated pattern for enhancing fog harvesting water unidirectional transport in a heterogeneous pattern, NPJ Clean Water 7 (2024) 1–12. https://doi.org/10.1038/s41545-024-00317-6.
[13] R. Ghosh, C. Patra, P. Singh, R. Ganguly, R.P. Sahu, Influence of metal mesh wettability on fog harvesting in industrial cooling towers, Appl Therm Eng 181 (2020) 115963. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2020.115963.
[14] J. Park, C. Lee, S. Lee, H. Cho, M.W. Moon, S.J. Kim, Clogged water bridges for fog harvesting, Soft Matter 17 (2021) 136–144. https://doi.org/10.1039/d0sm01133a.
[15] W. Shi, M.J. Anderson, J.B. Tulkoff, B.S. Kennedy, J.B. Boreyko, Fog Harvesting with Harps, ACS Appl Mater Interfaces 10 (2018) 11979–11986. https://doi.org/10.1021/acsami.7b17488.
[16] N.G. Kowalski, W. Shi, B.S. Kennedy, J.B. Boreyko, Optimizing Fog Harps, ACS Appl Mater Interfaces 13 (2021) 38826–38834. https://doi.org/10.1021/acsami.1c08995.
[17] W. Shi, L.H. De Koninck, B.J. Hart, N.G. Kowalski, A.P. Fugaro, T.W. Van Der Sloot, R.S. Ott, B.S. Kennedy, J.B. Boreyko, Harps under Heavy Fog Conditions: Superior to Meshes but Prone to Tangling, ACS Appl Mater Interfaces 12 (2020) 48124–48132. https://doi.org/10.1021/acsami.0c12329.
[18] J. Li, R. Ran, H. Wang, Y. Wang, Y. Chen, S. Niu, P.E. Arratia, S. Yang, Aerodynamics-assisted, efficient and scalable kirigami fog collectors, Nat Commun 12 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-25764-4.
[19] Z. Peng, Y. Fu, Z. Guo, Origami-like 3D Fog Water Harvestor with Hybrid Wettability for Efficient Fog Harvesting, ACS Appl Mater Interfaces 15 (2023) 38110–38123. https://doi.org/10.1021/acsami.3c07343.
[20] J. de D. Rivera, Aerodynamic collection efficiency of fog water collectors, Atmos Res 102 (2011) 335–342. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2011.08.005.
[21] A.A. Elshennawy, M.Y. Abdelaal, A.M. Hamed, M.M. Awad, Evaluating Mesh Geometry and Shade Coefficient for Fog Harvesting Collectors, Water Resources Management 37 (2023) 6107–6126. https://doi.org/10.1007/s11269-023-03644-4.
[22] M. Azeem, M.T. Noman, J. Wiener, M. Petru, P. Louda, Structural design of efficient fog collectors: A review, Environ Technol Innov 20 (2020) 101169. https://doi.org/10.1016/j.eti.2020.101169.
[23] P.B. Bintein, A. Cornu, F. Weyer, N. De Coster, N. Vandewalle, D. Terwagne, Kirigami fog nets: how strips improve water collection, NPJ Clean Water 6 (2023) 1–7. https://doi.org/10.1038/s41545-023-00266-6.
[24] Y. Jiang, C. Machado, S. Savarirayan, N.A. Patankar, K.C. Park, Onset time of fog collection, Soft Matter 15 (2019) 6779–6783. https://doi.org/10.1039/c9sm01105f.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 24، شماره 12
آذر 1403
صفحه 699-707