Investigating the effect of increasing the number of steps and adding thermal fin in stepped solar still

Document Type : Research Article

Authors

Department of Chemical Engineering, Shahid Nikbakht Faculty of Engineering, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, IRAN

Abstract

Today, the use of renewable energies has become increasingly important due to the fossil fuels being consumed which cause environmental pollution. The use of solar energy due to the abundance and availability of this energy and the ability to save and convert it into other forms of energy has been considered. In this work, a stepped solar still is simulated in two dimensions using Comsol software. Also, increasing the number of stairs and adding a number of Fins to increase the amount of fresh water produced has been studied. The simulation results were compared with the experimental data. The average error rate for fresh water produced and the temperature of saline water obtained from the software with experimental values are 11.78 and 1.75 percent, respectively. The results show that as the number of steps increases, the amount of fresh water produced increases. In addition, adding three thermal fins with a size of 0.3 cm on the stairs compared to the existing state of the device, the amount of fresh water produced increases by 9.65%.

Keywords


[1] Paykary M., Merabani A., “Water Treatment Fundamental”, 3th Ed., Arkan Danesh Publications, Isfahan, (2009).
[2] Bebran P., Honarbakhsh N., Water Crisis in Iran and the World, Strategy Quarterly, 16(48): 193-212 (2008).
[3] Amidpour M., Zamen, M., Sofari, S.M., New Combination of Solar Chimney for Power Generation and Seawater Desalination, Desalination and Water Treatment, 51: 40-42 (2013).
[4] ضامن م.، رضاخانی ن.، رجبی م.، زینالی دانالو م.ع.ا.، ارزیابی عملکرد سامانه ترکیبی آب گرم‌کن/آب شیرین‌کن خورشیدی خانگی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (3)34: 91 تا 102 (1394).
[5] Dashtban M. Experimental and Theoretical Investigation of Thermal Efficiency of a Cascade Solar Still, M.Sc. Thesis, The University of Sistan & Baluchestan, (2009).
[7] Aghaei H., Tabrizi F., Sarhaddi F., Hashmatnezhad F., Comparison between Energy and Exergy Efficiencies in a Weir Type Cascade Solar Still, Desalination, 325: 113-121 (2013).
[8] Muftah A.F., Sopian K., Alghoul M.A., Performance of basin Type Stepped Solar Still Enhanced with Superior Design Concepts, Desalination, 435: 198-209 (2017).
[9] Kabeel A.E., Omara Z.M., Essa F.A., Abdullah A.S., Arunkumar T., Sathyamurthy R., Augmentation of a Solar Still Distillate Yield via Absorber Plate Coated with Black Nanoparticles, Alexandria Engineering Journal, 56(4): 433-438 (2017).
[10] Shadi M., Abujazar S., Fatihah S., Lotfy E.R., Kabeel A.E., Sharil S., Performance Evaluation of Inclined Copper-Stepped Solar Still in a Wet Tropical Climate, Desalination, 425: 94–103 (2018).
[11] Vigneswaran V.S., Kumaresan G., Dinakar B.V., Karthick Kamal K., Velraj R., Augmenting the Productivity of Solar Still using Multiple PCMs as Heat Energy Storage, Journal of Energy Storage, 26: 101-019 (2019).
[13] Abdullah A.S., Younes M.M., Omara Z.M., Essa F.A., New Design of Trays Solar Still with Enhanced Evaporation Methods – Comprehensive Study, Solar Energy, 203: 164-174 (2020).
[14] درانی ف.، حسینی س.م.، سردشتی بیرجندی م.ر.، شهرکی ف.، بررسی تأثیر عمق آب شور در آب شیرین‌کن خورشیدی پلکانی با استفاده از نرم‌افزار Comsol، نشریه علوم و مهندسی جداسازی، (2)12: 58 تا 70 (1399).
[15] گشایشی ح.ر.، ادیبی طوسی س.س.، بررسی آزمایشگاهی آب شیرین کن خورشیدی پلکانی همراه با چگالنده خارجی و منبع ذخیره انرژی گرمایی، مجله مهندسی مکانیک، (3)92: 195 تا 203 (1399).
[16] گشایشی ح.ر.، ادیبی طوسی س.س.، رستمی م.، جعفری ا.، بررسی آزمایشگاهی اثر شیب پوشش شیشه‌ای با سطوح تخت و محدب صفحه جاذب در بازدهی آب شیرین‌کن خورشیدی، مجله مهندسی مکانیک، (1)94: 199 تا 207 (1400).
[17] گشایشی ح.ر.، ادیبی طوسی س.س.، رستمی م.، جعفری ا.، پژوهش‌ آزمایشگاهی برای بهبود بازدهی آب شیرین‌کن خورشیدی پلکانی با استفاده از پارافین/اکسید گرافن، مجله مهندسی مکانیک، (2)95: 269 تا 273 (1400).
[18] بن سعید ا.، عزیزی ش.، پیغمبر زاده س.م.، طراحی، ساخت و بررسی عملکرد آب شیرین‌کن خورشیدی پلکانی همراه با سامانه مخزن ذخیره انرژی گرمای نهان با استفاده از نمک گلوبر، مجله مهندسی مکانیک، (4)97: 304 تا 395 (1400).
[19] Das P.K., Ghosh I., Thermal Design of Multistream Plate Fin Heat Exchangers – A State-of-the-Art Review, Heat Transfer Engineering, 33: 284–300 (2012).
[20] Rai V., Pratap A., Kumar H., Khatri R., Modelling and Performance Enhancement of Single Slope Solar Still using CFD, Energy Procedia, 109: 447–455 (2017).
[21] Setoodeh N., Rahimi R., Ameri A., Modeling and Determination of Heat Transfer Coefficient in a basin Solar Still using CFD, Desalination, 268(1–3): 103–110 (2011).
[23] Tiwari A.K., Tiwari G.N., Thermal Modeling based on Solar Fraction and Experimental Study of the Annual and Seasonal Performance of a Single Slope Passive Solar Still: The Effect of Water Depths, Desalination, 207: 84–204 (2007).