太阳能盘式蒸馏器海水淡化实验研究

【摘要】：近年来,淡水资源严重短缺,越来越多的地区面临着淡水饮用的问题,尤其是在电力匮乏的偏远山区、海上孤岛、海上航行的捕捞渔船等这些特定地区,太阳能海水淡化技术是解决淡水资源短缺的重要途径,本文主要对倾斜式蒸馏器和漂浮式太阳能蒸馏器进行了实验研究,同时提出了一组经验关联式来预测蒸馏器的产水速率。 以电加热作为供热热源来模拟太阳能,研究了不同工况下的倾斜降膜蒸发特性,实验表明,热流密度、给水流量、倾斜角度以及冷却水流量是影响蒸馏器产水速率的主要因素。产水速率随着热流密度的增大呈线性增加。在给水流量5.5～10.0kg-h-1·m-1范围内,产水速率随着给水流量的减小呈线性增加的趋势,给水流量0.7-5.5kg.h1·m-1范围内,产水速率波动较小。在倾斜角度15～60°范围内,产水速率随着倾斜角度的增大以递增的趋势增加。冷却水均匀地流过冷凝面上表面有助于提高蒸馏器的产水速率。 在户外天气条件下,研究了漂浮式太阳能蒸馏器在海上无风浪时的运行情况,实验表明,盘水深度和太阳辐照量是影响蒸馏器产水量的主要因素。通过在蒸馏器内布置悬浮吸热板后,在相近天气条件下,发现蒸馏器的产水量可以提高36-65%。 在室内条件下,利用太阳模拟灯模拟太阳能热源,利用电风扇和电动搅拌器作为辅助设备来使太阳能蒸馏器在水面上晃动,模拟研究了漂浮式太阳能蒸馏器在海面上有风浪时的运行情况。先后在蒸馏器内部布置了包裹着黑色纱布的开孔薄铝板、黑色海绵作为悬浮吸热板以及未在蒸馏器中布置悬浮吸热板,在不同辐照密度条件下观察了这三种情况下的蒸馏器产水速率变化,实验表明,布置有薄铝板和黑色海绵的蒸馏器,其产水量分别可以提高17～36%和25-66%。同时还研究了不同参数对布置有黑色海绵的蒸馏器产水速率的影响,实验结果指出,盘水深度、补水管长度、风速和电动搅拌器转速是影响蒸馏器产水速率的主要因素。实验指出,蒸馏器产水速率随着盘水深度呈先增大然后再减小的变化趋势；蒸馏器产水速率随着补水管长度、风速增加呈增大的变化的趋势；蒸馏器产水速率随着电动搅拌器转速增加呈减小的变化趋势。 通过修正已有蒸馏器的传热传质模型,结合有限空间自然对流换热关联式,通过边界层分析,提出了预测漂浮式太阳能蒸馏器产水速率的一组经验关联式。根据漂浮式太阳能蒸馏器吸热面和玻璃面的温度,在不同运行条件下,预测了其产水量,与实验结果对比,发现最大偏差为10.5%。 【关键词】：太阳能 海水淡化 盘式蒸馏器 数学模型 产水速率
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK519;P747
【目录】：

• 致谢4-6
• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 主要符号表10-12
• 目录12-16
• 1 绪论16-35
• 1.1 海水淡化研究背景及课题意义16-17
• 1.2 传统海水淡化技术17-21
• 1.2.1 多级闪蒸(MSF)18-19
• 1.2.2 多效蒸馏(MED)19
• 1.2.3 反渗透(RO)19-20
• 1.2.4 蒸汽压缩蒸馏(VC)20
• 1.2.5 电渗析(ED)20-21
• 1.3 太阳能海水淡化技术21-22
• 1.4 国外太阳能蒸馏器的发展概况22-31
• 1.4.1 安装反射镜23-24
• 1.4.2 结合太阳能集热器24-25
• 1.4.3 强化冷凝25-27
• 1.4.4 增加海水自由面27-29
• 1.4.5 重复利用潜热29-30
• 1.4.6 结合储热系统30-31
• 1.5 国内太阳能蒸馏器的发展概况31-32
• 1.6 太阳能蒸馏器的缺陷以及研究不足32-33
• 1.7 本文主要研究内容33-35
• 2 盘式太阳能蒸馏器中的传热传质数学模型35-50
• 2.1 盘式太阳能蒸馏器的运行原理35
• 2.2 盘式太阳能蒸馏器中的传热传质过程35-46
• 2.2.1 蒸馏器的性能参数39
• 2.2.2 蒸馏器内蒸发、辐射传热系数的确定39-43
• 2.2.3 蒸馏器内自然对流换热系数的确定43-46
• 2.3 预测太阳能蒸馏器产水量的一组新的数学模型46-48
• 2.3.1 有限空间自然对流换热的经验关系式47
• 2.3.2 蒸馏器的产水量47-48
• 2.4 本章小结48-50
• 3 倾斜式蒸馏器的降膜蒸发特性实验研究50-60
• 3.1 倾斜式蒸馏器的设计50-51
• 3.2 实验装置与方法51-52
• 3.3 结果与分析52-57
• 3.3.1 液膜在吸热面上的平均温度分布52-53
• 3.3.2 热流密度对蒸馏器产水速率以及蒸馏器热效率的影响53-55
• 3.3.3 给水流量对蒸馏器产水速率的影响55
• 3.3.4 倾斜角度对蒸馏器产水速率的影响55-56
• 3.3.5 冷却水流量对蒸馏器产水速率的影响56-57
• 3.4 测量结果的不确定度分析57
• 3.5 倾斜式蒸馏器产水量的预测方法57-59
• 3.6 本章小结59-60
• 4 漂浮式太阳能蒸馏器60-78
• 4.1 漂浮式太阳能蒸馏器的设计60-62
• 4.2 漂浮式太阳能蒸馏器的运行过程62-63
• 4.3 实验结果与分析63-74
• 4.3.1 倾斜面上的太阳总辐射63-65
• 4.3.2 蒸馏器内各部件温度随时间的变化65-66
• 4.3.3 太阳能蒸馏器的产水情况66-67
• 4.3.4 对漂浮式太阳能蒸馏器进行改造67-69
• 4.3.5 蒸馏器内布置悬浮吸热板后各部件温度随时间的变化69-70
• 4.3.6 蒸馏器内布置悬浮吸热板后的产水情况对比70
• 4.3.7 太阳能蒸馏器产水速率的预测70-72
• 4.3.8 蒸馏器与外界水池以及环境间的散热份额随时间的变化72-74
• 4.3.9 蒸馏器内盐水浓度的变化74
• 4.4 水质安全饮用检测74-76
• 4.5 本章小结76-78
• 5 海水条件对漂浮式太阳能蒸馏器的影响78-89
• 5.1 实验装置78-79
• 5.2 装置的运行过程和参数测量79-80
• 5.3 实验结果与分析80-83
• 5.3.1 未布置悬浮吸热板的蒸馏器各部件温度随时间的变化80-82
• 5.3.2 布置有悬浮吸热板的蒸馏器各部件温度随时间的变化82
• 5.3.3 蒸馏器内布置黑色海绵体82-83
• 5.4 漂浮式太阳能蒸馏器的产水情况83-87
• 5.4.1 辐照密度对蒸馏器产水速率的影响84
• 5.4.2 盘水深度对蒸馏器产水速率的影响84-85
• 5.4.3 补水管长度对蒸馏器产水速率的影响85-86
• 5.4.4 风速对蒸馏器产水速率的影响86-87
• 5.4.5 电动搅拌器转速对蒸馏器产水速率的影响87
• 5.5 本章小结87-89
• 6 总结与展望89-92
• 6.1 本文主要内容及总结89-90
• 6.2 展望90-92
• 参考文献92-99
• 攻读硕士学位期间科研成果99
• 1 论文情况99
• 2 参加科研项目99

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