چکیده: استفاده از آب شرب به سه دلیل عمده‌ی نیاز مسکونی، صنعتی و کشاورزی صورت می‌پذیرد. اکثر کشورهای خشک و نیمه‌خشک مانند ایران با مشکلات ناشی از کمبود آب مطلوب مواجه‌اند. درنتیجه این کشورها درصدد تأمین منابع آب به میزان بالا با شیرین‌سازی آب‌شور هستند. در این رساله، به مدل‌سازی ناپایای دستگاه نمک‌زدایی چندمرحله‌ای و همچنین بررسی تجربی پارامترهای مؤثر در نرخ انتقال حرارت در مبدل فالینگ فیلم (نوار ریزشی) با استفاده از روش تجربی پرداخته‌شده است. واحدهای نمک‌زدایی چندمرحله‌ای از چند مرحله اواپراتور تحت خلأ (معمولاً 2 تا 12) و یک کندانسور تشکیل می‌شود، به‌طوری‌که ابتدا بخار اشباع وارد لوله‌های اولین مرحله شده و آب‌شور تغذیه بعد از ورود به محفظه، بر روی همان لوله‌ها پاشیده شده و به دلیل بیشتر بودن فشار اشباع درون لوله نسبت به بیرون آن، انتقال حرارت صورت گرفته و بخشی از آب تغذیه، تبخیر و وارد لوله‌های اواپراتور مرحله دوم می‌گردد. محفظه اواپراتور دوم به بعد، به‌منظور ایجاد اختلاف دمای اشباع و درنتیجه انتقال حرارت از لوله به محفظه، تحت خلأ بیشتری قرار می‌گیرند. چگالش بخار از مرحله دوم به بعد به‌عنوان آب مقطر جمع‌آوری می‌شود. این دستگاه‌ها عمدتاً برای مقیاس بزرگ (بیشتر از 1000 مترمکعب در روز) طراحی‌شده‌اند؛ اما ساخت مجموعه‌های متمرکز و با ظرفیت بالا برای تولید آب شیرین، به دلیل حجم سرمایه‌گذاری زیاد، عمدتاً با مشکل مواجه می‌شود. لذا با توجه به این‌که این دستگاه می‌تواند از سایر انرژی‌های در دسترس برای تولید آب شیرین استفاده کند، ضرورت دارد که در مقیاس کوچک (یک تا صد مترمکعب در روز) نیز برای تولید آب شیرین استفاده گردد؛ اما طراحی در مقیاس کوچک با چالش‌های فناورانه همراه است (به‌خصوص طراحی مبدل حرارتی نوار ریزشی و ضریب انتقال حرارت) و تحقیقات بسیار کمی در این ظرفیت تولید صورت گرفته است. لذا در این پژوهش، عوامل تأثیرگذار بر طراحی مانند دبی، فشار، شار حرارتی و غلظت نمک در آب تغذیه به‌صورت تجربی و همچنین عواملی چون روشن و خاموش شدن دستگاه، تغییر زمانی در دبی و فشار محرک اجکتور به‌صورت عددی و در حالت دینامیکی موردبررسی قرارگرفته است؛ تا اطلاعات لازم برای سیستم‌های کنترلی و ضریب انتقال حرارت برای مبدل نوار ریزشی در مقیاس کوچک را به دست آورد. نتایج حاصل از مدل‌سازی دینامیکی آب‌شیرین‌کن، تطابق مناسبی با نتایج عددی و تجربی دارد و دارای میانگین خطای کمتر از 7 درصد است. این نتایج نشان داد که با کاهش 2 درصد در فشار محرک اجکتور از فشار طراحی،GOR 33 درصد کاهش پیدا می‌کند و کاهش 10 درصد در دبی محرک، موجب افزایش 5 برابری سطح آب در هر اواپراتور می‌شود. درحالی‌که کاهش 10 درصد در فشار محرک، موجب افزایش 10 برابری سطح آب در اواپراتورها خواهد شد؛ که باعث آب‌گرفتگی، ازکارافتادن یا آسیب دیدن سیستم می‌شود. یک دستگاه آزمایشگاهی مقیاس کوچک با یک اواپراتور و یک کندانسور، با بهره‌مندی از سه لوله استیل افقی در اواپراتور، به‌منظور محاسبه ضریب انتقال حرارت خارجی نوار ریزشی ساخته‌شده است. داده‌های آزمایشگاهی با تحقیقات مشابه دارای میانگین اختلاف کمتر از 19 درصد است؛ که برای پدیده نوسانی نوار ریزشی در یک مطالعه انتقال حرارتی، تطابق مناسبی است. در این دستگاه، با اعمال مستقیم جریان الکتریکی به لوله‌های استیل (به‌وسیله یک ترانس یک‌سو کننده و کاهنده ولتاژ)، شار حرارتی 5000، 10000، 15000 و 20000 وات بر مترمربع که مناسب آب‌شیرین‌کن مقیاس کوچک است، به لوله‌ها وارد می‌شود. این شارهای حرارتی در فشارهای خلأ 1/0، 2/0 و 3/0 بار و در غلظت نمک آب ورودی ppm 400، 4000 و 40000 که در ساخت دستگاه آب‌شیرین‌کن چند اثره متداول است، اعمال‌شده است. به علت استفاده نکردن از المنت، داخل لوله‌های مبدل حرارتی، شار حرارتی کاملاً یکنواخت است و امکان قرارگیری حس‌گرهای دما در هر مقطع از داخل لوله فراهم گردیده است. هر لوله دارای چهار مقطع و هر مقطع دارای چینش چهار حس‌گر دما در زوایای 0، 90، 180 و 270 درجه است؛ لذا مجموعاً در هر آزمایش 48 حس‌گر دمایی وجود دارد؛ که میانگین دمای آن‌ها موجب افزایش دقت نتایج شده است. به علت تعدد آزمایش‌ها، از روش تاگوچی برای انجام آزمایش‌ها کمک گرفته‌شده است که با دقت بالا، نتایج و روند آن‌ها را پیش‌بینی کرده است. در این نتایج مشخص شد که با افزایش فشار مطلق و شار حرارتی، ضریب انتقال حرارت خارجی نوار ریزشی افزایش‌یافته و با افزایش غلظت نمک، ضریب انتقال حرارت خارجی نوار ریزشی کاهش می‌یابد. متوسط ضریب انتقال حرارت در شار حرارتی 5000، 10000، 15000 و 20000 وات بر مترمربع، به ترتیب در حدود 1500، 2500، 3500 و 5500 وات بر مترمربع کلوین است. افزایش فشار درون اواپراتور از 1/0 به 3/ بار، به‌صورت متوسط موجب افزایش حدود 4 درصد در نرخ انتقال حرارت شده است. ولی در شار حرارتی 20000 وات بر مترمربع، با رسیدن به فشار 3/0 بار، افزایشی در حدود 26 درصد در نرخ انتقال حرارت به وجود آمده است. غلظت نمک تأثیر کمی بر ضریب انتقال حرارت دارد و با افزایش غلظت نمک آب ورودی از ppm 400 به ppm 40000 به‌صورت متوسط حدود 10 درصد از ضریب انتقال حرارت کم شده است. همچنین، مرز انتقال رژیم جریان نوار ریزشی از آرام به درهم نیز در حدود دبی نوار ریزشی 04/0 کیلوگرم بر مترثانیه و رینولدز نوار ریزشی 400 شناسایی‌شده است. مقایسه نتایج عددی پایا با نتایج آزمایشگاهی نشان داد که متوسط GOR دستگاه آزمایشگاهی، در رینولدز نوار ریزشی بیشتر از 400، در حدود 94/0و در کمتر از 400، در حدود 77/0 است؛ که برای یک آب‌شیرین‌کن با یک اواپراتور و بدون اجکتور مقدار مناسبی است. همچنین، نتایج تحلیل ناپایا با داده‌های دینامیکی دستگاه آزمایشگاهی تطبیق خوبی داشته و هر دو، زمانی در حدود 5000 ثانیه را برای پایا شدن کامل سیستم گزارش می‌کنند.