太阳能增湿除湿海水淡化系统性能研究

【摘要】：海水淡化技术是近年来解决全球淡水危机的主要方法之一。传统大型海水淡化技术不能切实解决边远、区域分散地区的淡水紧缺问题,且离不开化石燃料的使用,使其对燃料、电等价格敏感的同时也对环境造成污染。增湿除湿(HDH)海水淡化技术简单、适用于小型分散化装置,其装置运行稳健、维护费用低、能应用于高盐度海水,是非常有前景的小型化海水淡化技术之一。本文以太阳能增湿除湿海水淡化系统作为研究对象,介绍了增湿除湿海水淡化技术的原理及分类,总结了国内外太阳能增湿除湿海水淡化技术的研究进展及现状。在此基础上,根据质量及能量平衡,建立了太阳能增湿除湿海水淡化系统的物理、数学模型,其中包括太阳能集热器系统、储热油箱系统、增湿除湿系统及换热器系统四个子系统的数学模型,并用MATLAB语言对系统数学模型进行编程及求解。本文以大连地区9月15日和12月10日的太阳能辐射条件为例,详细分析了一至三效系统的运行工况。通过分析系统运行参数的变化可知,系统运行时可以通过调节增湿器入口海水质量流量、入口空气质量流量来控制增湿器入口海水温度、入口空气温度在恒定值,使得系统实现运行。本文分析对比了9月15日一至三效增湿除湿海水淡化系统的热力性能。二效系统的造水比、日单位集热面积产水量较高,单位产水量换热面积最小,系统回收率最高,相对一效、三效系统,两效系统性能较优。研究了两效系统中各效增湿器入口海水温度、入口空气温度、集热器面积等因素对系统性能的影响。在本文计算条件下,增湿器入口海水温度升高系统造水比、日单位集热面积产水量先升高后降低,系统回收率升高；一效增湿器入口空气温度升高系统造水比、日单位集热面积产水量升高,系统回收率降低；二效增湿器入口空气温度升高系统造水比、日单位集热面积产水量降低,系统回收率降低；系统集热器面积增大系统造水比、日单位集热面积产水量增大,系统回收率升高。增湿器入口海水温度与入口空气温度有一个最佳匹配值,使得系统造水比、系统日单位集热面积产水量达到最大,且当增湿器入口空气温度越高时,与其匹配的最佳增湿器入口海水温度也越高。在本文计算条件下,两效系统造水比最大值达到3.3,日单位集热面积最大值达到7.86kg/m2/d;系统造水比变化受增湿器入口海水温度、入口空气温度变化影响较大,受集热器面积变化影响较小；系统日单位集热面积产水量受增湿器入口海水温度变化影响最大,受集热器面积变化影响最小；系统回收率受增湿器入口海水温度变化影响最大,受集热器面积变化影响最小。本文所研究的两效系统在最佳运行状态时,系统日单位集热面积产水量较高,且造水比较其他文献给出的最高结果高6.5%,具有一定的优越性。 【关键词】：太阳能集热器 增湿除湿 海水淡化 造水此 回收率
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P747
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-24
• 1.1 海水淡化的研究背景与意义10
• 1.2 中小型海水淡化技术方法及应用10-15
• 1.2.1 船用海水淡化方法10-12
• 1.2.2 海岛及边远内陆地区海水淡化方法12-15
• 1.3 太阳能海水淡化技术15-19
• 1.3.1 太阳能蒸馏海水淡化技术16-17
• 1.3.2 太阳能多级闪蒸太阳能海水淡化技术17
• 1.3.3 机械压缩太阳能海水淡化技术17-18
• 1.3.4 太阳能多效蒸发海水淡化技术18-19
• 1.3.5 太阳能反渗透法海水淡化技术19
• 1.4 太阳能增湿除湿海水淡化技术研究进展19-23
• 1.4.1 太阳能集热器的研究19-20
• 1.4.2 增湿器的研究20-21
• 1.4.3 多效增湿除湿系统21
• 1.4.4 最佳气液流速比的研究21-22
• 1.4.5 多级抽气注气循环系统的研究22-23
• 1.5 本文研究内容23-24
• 2 太阳能增湿除湿海水淡化系统数学模型及求解24-41
• 2.1 太阳能增湿除湿海水淡化系统24-25
• 2.2 增湿除湿海水淡化系统数学模型25-36
• 2.2.1 集热器数学模型25-32
• 2.2.2 储热油箱数学模型32-34
• 2.2.3 增湿器数学模型34-35
• 2.2.4 除湿器数学模型35-36
• 2.2.5 换热器数学模型36
• 2.3 增湿除湿系统性能参数36-37
• 2.4 增湿除湿海水淡化系统数学模型求解37-39
• 2.5 本章小结39-41
• 3 太阳能增湿除湿系统的性能分析41-68
• 3.1 集热器工作温度范围及导热油油温有效变化范围41-42
• 3.2 系统运行工况分析42-48
• 3.2.1 一效系统运行参数变化情况42-44
• 3.2.2 两效系统运行参数变化情况44-46
• 3.2.3 三效系统运行参数变化情况46-48
• 3.3 不同效数太阳能增湿除湿海水淡化系统性能分析48-51
• 3.4 两效太阳能增湿除湿海水淡化系统热力性能分析51-66
• 3.4.1 增湿器入口海水温度的影响51-55
• 3.4.2 增湿器入口空气温度的影响55-60
• 3.4.3 集热器面积的影响60-64
• 3.4.4 本文系统与其他HDH装置的对比64-66
• 3.5 本章小结66-68
• 4 结论与展望68-70
• 4.1 结论68-69
• 4.2 展望69-70
• 参考文献70-75
• 附录A 符号说明75-78
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况78-79
• 致谢79-80

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