超声波辅助蒸发太阳能海水淡化系统研究

【摘要】：提高热法海水淡化蒸发效率是降低海水淡化成本的重要途径之一。利用超声雾化技术强化蒸馏过程的传热传质,可以提高太阳能海水淡化系统热能利用率,从而改善海水淡化系统的经济性。 超声波以其在气、液、固媒质中传播所产生的多种效应,可以使水雾化成微米级液滴,提高液滴表面水分子的运动速度和加速度,从而增加水分子的动量,有效突破表面张力的约束,加快蒸发过程,增加淡水产率。研究不同温度及盐度条件下蒸发速率与超声波的关系,探索超声波在海水淡化过程中的作用机制,可以为基于超声波技术的太阳能海水淡化系统设计提供依据。 本课题选择频率为1.7MHz雾化片与超声反应槽组合,搭建了超声辅助蒸发实验台,建立了相应的蒸发量测试系统,研究了在超声作用下温度在35~70℃,盐度为15~35的海水在超声作用下蒸发规律。实验数据及其拟合公式表明,与自然蒸发相比,超声波对蒸发具有明显的强化作用;温度与盐度共同影响海水的蒸发速率,温度升高,海水蒸发速率升高;盐度与海水蒸发速率成负相关,但影响系数很小,随着盐度从15增加到35,超声蒸发速率基本不变。这一结果说明:超声作用的存在一定程度上促使水分子克服了因盐度增加而增加的表面张力。因而较之于热法海水淡化技术,超声波海水淡化技术在降低海水浓度的影响方面具有一定的优势。 在超声辅助海水蒸发实验的基础上,建立了超声波海水淡化模型,设计了一套超声太阳能海水淡化装置,确定了装置的结构尺寸,对影响系统热效率及产水率的因素进行了系统分析,对超声技术在太阳能海水淡化系统中的应用进行了初步探索。 【关键词】：超声波技术 雾化液滴 盐度 表面张力 海水淡化
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：P747
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-28
• 1.1 研究的背景及意义12-14
• 1.2 海水成分与性质14-15
• 1.3 海水淡化方法15-24
• 1.3.1 热法海水淡化技术15-20
• 1.3.2 膜法海水淡化技术20-21
• 1.3.3 其他海水淡化技术21-24
• 1.4 太阳能海水淡化的研究现状24-27
• 1.4.1 国外研究现状24-26
• 1.4.2 国内研究现状26-27
• 1.5 本课题主要研究内容27-28
• 第2章 功率超声原理28-44
• 2.1 超声的产生与接收28-34
• 2.1.1 超声换能器28-30
• 2.1.2 超声效应30-32
• 2.1.3 超声波反应器32-34
• 2.2 超声技术应用现状34-38
• 2.2.1 海水淡化中的应用34-35
• 2.2.2 其他领域的应用35-38
• 2.3 超声波雾化38-42
• 2.3.1 雾化过程38-40
• 2.3.2 声强和频率对雾化的影响40-42
• 2.4 本章小结42-44
• 第3章 超声雾化液滴蒸发过程分析44-54
• 3.1 热质交换过程44-47
• 3.1.1 边界层换热机理44-46
• 3.1.2 蒸发量影响因素46-47
• 3.2 液滴的稳态蒸发47-50
• 3.2.1 传质分析48-49
• 3.2.2 传热分析49-50
• 3.3 液滴蒸发与表面张力50-52
• 3.3.1 液体的表面张力与过剩自由能50
• 3.3.2 温度、盐度对海水表面张力的影响50-51
• 3.3.3 超声波与表面张力51-52
• 3.4 本章小结52-54
• 第4章 超声辅助海水蒸发实验54-70
• 4.1 实验设计54-58
• 4.1.1 实验系统54-55
• 4.1.2 实验设备55-56
• 4.1.3 实验方案56-57
• 4.1.4 实验步骤57-58
• 4.2 实验结果与分析58-67
• 4.2.1 超声对蒸发速率的影响58-60
• 4.2.2 蒸发速率同温度和盐度的响应60-66
• 4.2.3 曲线拟合公式分析66-67
• 4.3 实验误差分析67-69
• 4.3.1 实验误差概述67-68
• 4.3.2 实验误差构成与分析68-69
• 4.4 本章小结69-70
• 第5章 超声辅助太阳能海水淡化系统设计70-84
• 5.1 系统介绍70-73
• 5.1.1 工作原理70-72
• 5.1.2 装置描述72-73
• 5.2 平衡计算73-76
• 5.2.1 系统物料平衡73-74
• 5.2.2 系统能量平衡74-76
• 5.3 结构设计76-82
• 5.3.1 传热系数计算76-78
• 5.3.2 换热面积计算78-81
• 5.3.3 管道壁厚的校核81-82
• 5.4 本章小结82-84
• 结论与展望84-86
• 参考文献86-91
• 硕士期间发表的论文及申请的专利91-92
• 一、发表的论文91
• 二、申请的专利91-92
• 致谢92-93

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