一种太阳能海水淡化装置的研制

【摘要】：随着全球人口的激增和水体的污染加剧了淡水资源供不应求,太阳能海水淡化是利用光热作用蒸馏海水以去掉矿物质来获得淡水的过程,将太阳能和海水淡化结合起来是一种非常节能和高效的方法和有重要应用前景的技术。太阳辐射主要在海水对预热及蒸发环节起关键作用,然而太阳辐射的密度较低不能和化石燃料相比,所以亟待处理的是淡化装置进口海水温度的提高和流量的精准控制。大多数太阳能海水蒸馏装置都是通过自然对流进行热交换,蒸汽释放的冷凝潜热并不能充分利用,从而使得产水效率低下。为提升太阳能的利用能力,减小海水热惰性,本课题研究了领域内相关装置的缺陷,设计了一种新型的具有主动冷凝功能的晾晒式海水淡化装置,并研制样机,开展实验研究。本文以太阳能海水淡化装置为研究对象,旨在以对比分析和热力学分析为研究视角,通过实验验证理论的方法,力图为太阳能海水淡化领域的研究提供参照。本文在传统的太阳能海水淡化装置的基础上,设计了一种新型的主动式太阳能海水淡化装置,提出了两种实施方案,它继承了传统被动式淡化装置的优点,吸收了主动式淡化装置的精华,在蒸发方式上采用了晾晒的方式,挂晒的结构增大了蒸发面积,内置加速结构增大了蒸发速率,整体上提高了海水淡化的效率。淡化装置本体结构设计的合理性是实现其功能的关键,论文详细地设计了装置的每个部分,包括透明密闭壳体、晾晒式蒸发体、内置冷凝器、供水与喷淋子系统、淡水回收器和余热回收子系统等主体部分。通过建立热力学模型,分析了各个蒸发区和冷凝区的换热方式和换热量,综合辐射、对流和传热三种传热方式以及辐射强度和环境温度,得到了每个节点的海水温度变化和管内外海水温差变化,计算了壁面淡水产量和冷凝区淡水产量变化情况,通过计算确定了总体方案的理论可行性。基于热力学理论的分析,完成了样机的机械加工、装配和设备调试,并开展了典型工况下的实验研究。新型的太阳能海水淡化装置相比于传统的蒸馏装置,增大了蒸发面积,减小了装置的热惰性,提高了装置的单位面积产水量,提高了蒸馏效率,验证了方案的实际可行性。本课题主要在传统淡化装置上改变了蒸发方式、蒸发面积和蒸发速率,可以应用于大规模的太阳能海水淡化基地,也可以单独使用。根据装置的结构特性,可以将风能引进来给装置提供电力,也可以和海洋资源的利用衔接起来。 【关键词】：太阳能 海水淡化 晾晒式蒸发体 主动冷凝
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P747
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-19
• 1.1 课题研究的背景和意义8-9
• 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析9-15
• 1.2.1 被动式太阳能蒸馏器9-13
• 1.2.2 主动式太阳能蒸馏器13-15
• 1.3 国外研究现状15-16
• 1.4 国内研究现状16-17
• 1.5 本文的主要研究内容17-19
• 第2章 太阳能海水淡化装置的方案设计19-37
• 2.1 引言19
• 2.2 太阳运行轨迹和辐射强度19-21
• 2.2.1 太阳运行轨迹19-20
• 2.2.2 太阳辐射强度20-21
• 2.3 太阳能海水淡化装置的方案设计与分析21-34
• 2.3.1 球形太阳能海水淡化装置的方案设计22-28
• 2.3.2 淡化海水的具体方法28-29
• 2.3.3 球-柱形太阳能海水淡化装置的方案设计29-34
• 2.4 两种方案的对比分析34-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第3章 装置质热传递的理论分析37-58
• 3.1 引言37
• 3.2 等效太阳辐射强度的计算37-39
• 3.3 换热系数的推导39-42
• 3.3.1 自然对流换热系数39
• 3.3.2 蒸发换热系数39-41
• 3.3.3 辐射换热41-42
• 3.4 晾晒式蒸发体的质热交换42-49
• 3.4.1 蒸发体两侧换热42-46
• 3.4.2 淡水冷凝情况46-49
• 3.5 一次预热49-55
• 3.5.1 冷却介质热流量的计算50
• 3.5.2 管外换热系数50-52
• 3.5.3 管内换热系数52-55
• 3.6 二次预热55-57
• 3.7 本章小结57-58
• 第4章 海水淡化装置的实验研究58-73
• 4.1 引言58
• 4.2 实验设备58-59
• 4.3 实验步骤59-60
• 4.4 产水效果60-68
• 4.4.1 典型工况 160-64
• 4.4.2 典型工况 264-67
• 4.4.3 工况对比67-68
• 4.5 误差分析68-70
• 4.6 淡化效率70-71
• 4.7 实验装置的改进方案71-72
• 4.8 本章小结72-73
• 结论73-74
• 参考文献74-78
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果78-80
• 致谢80

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

一种太阳能海水淡化装置的研制    屈孝斌