۳-۱-۲-۲- شرح انجام آزمایش

برای شروع انجام آزمایشات، ابتدا کمپرسور هوا را روشن کرده و مسیر جریان هوا را برای اطمینان از عدم وجود نشتی، با کف آب و صابون چک می­کنیم. بعد از آن جریان آب را به صورت آرام باز می­کنیم تا هوا و آب در رطوبت ساز در تماس مستقیم با یکدیگر قرار گیرند. کنترل میزان جریان آب برای جلوگیری از حضور قطرات آب در هوای مرطوب خروجی از مرطوب ساز بسیار حائز اهمیت است. برای اطمینان بیشتر از عدم حضور قطرات آب در هوای خروجی از مرطوب ساز از یک توری در مسیر خروجی هوا استفاده شد. هوای مرطوب خروجی از مرطوب ساز را با یک جریان از هوای خروجی از کمپرسور با هم مخلوط می­کنیم و سپس هوا از قسمت پوسته وارد تماس دهنده غشائی می­ شود که با بهره گرفتن از شیرهای تنظیم جریان، میزان جریان هوای ورودی به سیستم کنترل می­ شود. دبی هوای ورودی بین ۴۰۰ تا ۲۰۰۰ میلی لیتر بر دقیقه متغیر بود. همچنین از شیرهای موجود در مسیر هوای مرطوب و هوای خشک قبل از مخلوط شدن برای تنظیم درصد رطوبت نسبی هوای ورودی استفاده شد. سنسور رطوبت سنج در مسیر خروجی هوا از تماس دهنده غشائی قرار می­گیرد تا درصد رطوبت، دما و دمای نقطه شبنم هوای خشک خروجی از تماس دهنده غشائی را برای ما اندازه گیری و ثبت کند.

بعد از انجام مراحل بالا و گذشتن چند دقیقه­ای و رسیدن به پایداری در نوسان دبی، دما و میزان درصد رطوبت نسبی جریان هوا، این بار پمپ گردش سیال جاذب را روشن کرده و با بهره گرفتن از پیچ تنظیم دور موتور آن، شدت جریان تری اتیلن گلایکول ورودی به سیستم، که از قسمت لوله وارد تماس دهنده غشائی می شود را تنظیم می­کنیم. همچنین از دو شیر در ورودی جریان مایع به تماس دهنده و خروجی از آن برای تنظیم فشار در سمت جریان مایع استفاده شد. تنظیم فشار در سمت جریان مایع باید به گونه ­ای باشد که (۱) از پدیده تر شوندگی غشاء به علت افزایش فشار در سمت جریان مایع و در نتیجه آن حضور قطرات مایع در جریان هوای خروجی جلوگیری شود (۲) فشار در سمت مایع به اندازه­ای باشد که از پراکندگی حباب­های هوا درجریان خروجی مایع جلوگیری شود. دبی جریان مایع بین ۹ تا ۳۶ میلی لیتر بر دقیقه متغیر بود. بعد از روشن کردن پمپ و وارد شدن تری اتیلن گلایکول به تماس دهنده غشائی رطوبت هوای خروجی از سیستم شروع به تغییر کردن و کاهش می­ کند. آزمایش را تا زمان ثابت شدن میزان تغییرات رطوبت در خروجی از سیستم ادامه می­دهیم، برای اطمینان بیشتر از به حالت پایا رسیدن سیستم مبنای کار خود را دمای نقطه شبنم خروجی سیستم قرار می­دهیم زیرا که دمای نقطه شبنم تابع دما نیست و صرفاً تابع مقدار آب نمونه هوا است. بعد از ثابت شدن دمای نقطه شبنم خروجی، سیستم به حالت پایا خود رسیده است و می­توان اطلاعات موجود را ثبت کرد. در شکل ۳- ۸ نمونه ­ای از روند به حالت پایا رسیدن سیستم را مشاهده می­کنیم.

شکل ۳- ۸: روند به حالت پایا رسیدن سیستم
جهت بررسی اثر غلظت تری اتیلن گلایکول بر روی عملکرد رطوبت زدایی از جریان هوا، محلول تری اتیلن گلایکول با درصد خلوص پایین تر را از محلول پایه تری اتیلن گلایکول با درصد خلوص ارائه شده در جدول ۳- ۱ تهیه شد. برای این کار جرم مشخصی از محلول پایه تری اتیلن گلایکول را با جرم مشخصی از آب مقطر به منظور ایجاد محلول با غلظت پایین تر در یک بطری ۵/۱ لیتری با هم مخلوط می­کنیم. با توجه با اینکه حلایت آب در تری اتیلن گلایکول به شدت گرماده است، دمای محلول ایجاد شده به شدت بالا می­رود، به منظور بر گرداندن دمای محلول به دمای محیط و همچنین اطمینان از مخلوط شدن کامل محلول، به مدت ۲۴ ساعت، بطری را در شیکر انکوباتور گذاشته و دمای آن را بر روی ۲۵ درجه سانتی گراد تنظیم می­کنیم.

۳-۱-۳- استخراج نتایج

نتایج آزمایشات بر اساس محاسبه بازده حذف بخار آب و میزان انتقال جرم آن ارزیابی شده است که از فرمول های زیر بدست می­آیند[۳۰, ۳۱]:

که در معادلات (۳-۱) و (۳-۲) η بازده حذف بخار آب و  شدت انتقال جرم بخار آب (mol/(m².s)) ، Q_in و Q_out دبی کل جریان هوا در ورودی و خروجی از غشاء m³/s ، C_in و C_out غلظت بخار آب در هوای ورودی و خروجی از غشاء mol/m³ و A_s نشان دهنده سطح تماس گاز- مایع در درون غشاء بر حسب m² می­باشد. لازم به ذکر است که، سطح تماس گاز- مایع در درون غشاء به میزان ترشوندگی غشاء بستگی دارد. در حالت خشک غشاء از قطر داخلی الیاف و در حالت تر شوندگی کامل از قطر خارجی الیاف برای محاسبه سطح تماس گاز- مایع استفاده می­ شود.
با توجه به معادلات (۳-۱) و (۳-۲) بالا مشاهده می­ شود که برای محاسبه بازده حذف بخار آب و شدت انتقال جرم بخار آب نیازمند غلظت بخار آب در هوا هستیم. برای این کار داده های خروجی از رطوبت سنج را که بر حسب دما و میزان رطوبت نسبی هوا است را با بهره گرفتن از نمودار سایکرومتریک^[۴۸] و روابط زیر به غلظت بخار آب در هوا تبدیل می­کنیم.
ابتدا با بهره گرفتن از نمودار سایکرومتریک و داشتن دما و رطوبت نسبی هوای مورد نظر میزان رطوبت مطلق^[۴۹] (Y´=kg water vapor/kg dry air) را مشخص می­کنیم. حال با بهره گرفتن از رابطه زیر حجم هوای مرطوب را بدست می­آوریم[۳۲].

که در معادله (۳-۳)  حجم هوای مرطوب به ازای جرم واحد هوای خشک (m³/kg dry air)،  و  به ترتیب جرم ملکولی آب و هوا،  رطوبت مطلق هوا (kg water vapor/kg dry air )،  دمای هوا بر حسب درجه سانتی گراد و  فشار هوا (N/m²) می باشد.
غلظت بخار آب در هوا C بر حسب (kmol/m³) از رابطه (۳-۴) محاسبه می­ شود.

۳-۲- روش شبیه سازی با بهره گرفتن از نرم افزار COMSOL

برای انجام شبیه سازی از یک سیستم دو بعدی (۲D axisymmetric) استفاده می­کنیم ، مزیت این سیستم دوبعدی این است که هم از نظر محاسبات، دارای بار محاسباتی کمتری است و همچنین می­توانیم پروفایل­های بدست آمده را به حالت کلی سیستم غشائی تعمیم دهیم. در این مطالعه، جذب فیزیکی بخارات آب از جریان هوای مرطوب با بهره گرفتن از جاذب مایع تری اتیلن گلایکول در حالت جریان موازی در تماس دهنده غشائی الیاف توخالی، مورد بررسی قرار گرفته است.
شکل ۳- ۹: جریان موازی در تماس دهنده غشائی الیاف توخالی [۳۳]
همان گونه که در شکل ۳- ۹ مشاهده می­کنیم مایع جاذب تری اتیلن گلایکول از درون الیاف غشائی و هوای مرطوب از سمت پوسته تماس دهنده عبور می­ کنند. مدل بر اساس هر دو حالت (۱) تر شوندگی کامل غشاء و (۲) حالت کاملاً خشک غشاء به صورت جداگانه در نظر گرفته شده است.