Оценка эффективности и влияния смачивания поверхности коллекторной сетки на процесс сбора атмосферного тумана

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Коллекторы для сбора тумана могут быть эффективным источником пресной воды в районах с постоянной адвекцией воздуха. Ключевой особенностью любого устройства сбора является сетка, используемая для захвата капель тумана. В данной работе мы объединяем эксперимент по сбору тумана, выполненный в естественных полевых условиях для сеток с различной степенью смачивания волокон, с теоретическим анализом аэродинамики воздуха вблизи коллектора, проведенного на основе компьютерного моделирования потока. Полученная общая эффективность сбора коллекторной сетки с коэффициентом затенения s = 0.2 для погодных условий Керченского полуострова составила ηcoll = 0.045 для гидрофильной и ηcoll = 0.022 для супергидрофобной поверхности. Данное явление подтверждается анализом сил, действующих на каплю, и вычислением коэффициента дренажа для двух типов покрытий. Показано, что капли объемом до 1 мкл не попадут в желоб для сбора, а преодолеют силу сцепления и вернутся обратно в атмосферу. В целом описанная технология проста, экономична и не требует энергопотребления. Основываясь на опыте нескольких стран, эффективность технологии может быть гарантирована, если при ее планировании и реализации будут учтены технические, социальные и управленческие факторы.

Об авторах

А. И. Уколов

Керченский государственный морской технологический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: Ukolov_aleksei@mail.ru
Россия, 298309, Республика Крым, Керчь, ул. Орджоникидзе, 82

Т. Н. Попова

Керченский государственный морской технологический университет

Email: Ukolov_aleksei@mail.ru
Россия, 298309, Республика Крым, Керчь, ул. Орджоникидзе, 82

Список литературы

  1. Shanyengana E.S., Sanderson R.D., Seely M.K., Schemenauer R.S. Operational Paper Testing greenhouse shade nets in collection of fog for water supply // Journal of Water Supply: Research and Technology-Aqua. 2003. V. 52. № 3. P. 237–241.
  2. Klemm O., Schemenauer R.S., Lummerich A., et al. Fog as a fresh-water resource: overview and perspectives // AMBIO. 2012. V. 41. P. 221–234.
  3. Fessehaye M., Abdul-Wahab S.A., Savage M.J., et al. Fog-water collection for community use // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2014. V. 29. P. 52–62.
  4. Domen J.K., Stringfellow W.T., Camarillo M.K., Gulati S. et al. Fog water as an alternative and sustainable water resource // Clean Technol. Environ. Policy. 2014. V. 16. № 2. P. 235–249.
  5. Ghosh R., Ray T.K., Ganguly R. Cooling tower fog harvesting in power plants – A pilot study // Energy. 2015. V. 89. P. 1018–1028.
  6. Comstock K.K., Bretherton C.S., Yuter S.E. Mesoscale variability and drizzle in southeast pacific stratocumulus // Journal of the atmospheric sciences. 2005. V. 62. № 10. P. 3792–3807.
  7. Kim C.K., Yum S.S. A numerical study of sea-fog formation over cold sea surface using a one-dimensional turbulence model coupled with the weather research and forecasting model // Boundary-Layer Meteorology. 2012. V. 143. № 3. P. 481–505.
  8. Schemenauer R.S., Cereceda P., Osses P. Fogquest: Fog water collection manual. 2005. 120 p.
  9. Holmes R., Rivera J. de D., de la Jara E. Large fog collectors: New strategies for collection efficiency and structural response to wind pressure // Atmospheric Research. 2015. V. 151. P. 236–249.
  10. Ali N.B.H., Rhode-Barbarigos L., Albi A.A.P., Smith I.F. Design optimization and dynamic analysis of a tensegrity-based footbridge // Engineering Structures. 2010. V. 32. № 11. P. 3650–3659.
  11. Quirant J., Kazi-Aoual M., Motro R. Designing tensegrity systems: the case of a double layer grid // Engineering Structures. 2003. V. 25. № 9. P. 1121–1130.
  12. Park K.C., Chhatre S.S., Srinivasan S., et al. Optimal design of permeable fiber network structures for fog harvesting // Langmuir. 2013. V.29. № 43. P. 13 269–13 277.
  13. Rivera J. de D. Aerodynamic collection efficiency of fog water collectors // Atmospheric Research. 2011. V. 102. № 3. P. 335–342.
  14. Azeem M., Noman M.T., Wiener J., et al. Structural design of efficient fog collectors: A review // Environmental technology and innovation. 2020. V. 20. P. 101 169.
  15. Azad M.A.K., Ellerbrok D., Barthlott W., et al. Fog collecting biomimetic surfaces: Influence of microstructure and wettability // Bioinspiration and biomimetics. 2015. V. 10. № 1. P. 016 004.
  16. Rajaram M., Heng X., Oza M., et al. Enhancement of fog-collection efficiency of a Raschel mesh using surface coatings and local geometric changes // Colloids and surfaces A: physicochemical and engineering aspects. 2016. V. 508. P. 218–229.
  17. Almasian A., Fard G.C., Mirjalili M., et al. Fluorinated-PAN nanofibers: Preparation, optimization, characterization and fog harvesting property // Journal of industrial and engineering chemistry. 2018. V. 62. P. 146–155.
  18. Seo D., Lee J., Lee C., et al. The effects of surface wettability on the fog and dew moisture harvesting performance on tubular surfaces // Scientific Reports. 2016. V. 6. № 1. P. 1–11.
  19. Kim G.-T., Gim S.-J., Cho S.-M., et al. Wetting-transparent graphene films for hydrophobic water-harvesting surfaces // Advanced materials. 2014. V. 26. P. 5166–5172.
  20. Lee A., Moon M.-W., Lim H., et al. Water harvest via dewing // Langmuir. 2012. V. 28. P. 10183–10191.
  21. Zhao T., Jiang L. Contact angle measurement of natural materials // Colloids and surfaces B: biointerfaces. 2018. V. 161. P. 324–330.
  22. Уколов А.И., Попова Т.Н. Исследование краевого угла капли морской воды при испарении на супергидрофобной поверхности стали A40S с учетом гравитации // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества. 2018. Т. 15. № 2. С. 102–107.
  23. ElSherbini A.I., Jacobi A.M. Retention forces and contact angles for critical liquid drops on non-horizontal surfaces // Journal of colloid and interface science. 2006. V. 299. № 2. P. 841–849.
  24. Lafuma A., Quere D. Superhydrophobic states // Nature Materials. 2003. V. 2. P. 457–460.
  25. Genzer J., Efimenko K. Recent developments in superhydrophobic surfaces and their relevance to marine fouling: a review // Biofouling. 2006. V. 22. № 5. P. 339–360.
  26. Шавлов А.В., Соколов И.В., Джуманджи В.А. Вязкость и электрические свойства водных аэрозолей // Доклады академии наук. 2016. Т. 61. № 9. С. 429–434.
  27. Попова Т.Н., Уколов А.И. Кинетические и термодинамические свойства конденсации пара на супергидрофобной поверхности теплообменных аппаратов // Вестник керченского государственного морского технологического университета. № 1. 2021. С. 99–111.
  28. Shi W., Anderson M.J., Tulkoff J.B., et al. Fog harvesting with harps // ACS Applied materials & interfaces. 2018. V. 10. № 14. P. 11979–11986.

Дополнительные файлы


© А.И. Уколов, Т.Н. Попова, 2023

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.