海水淡化浓盐水太阳能加热研究

【摘要】：淡水资源短缺已经成为制约沿海经济发展的瓶颈问题。海水淡化是解决沿海地区淡水资源危机的有效途径。利用太阳能的膜蒸馏技术海水淡化及淡化浓盐水的处理,是降低海水淡化产业成本的有效方法。 本文采用真空管集热器加热系统,研究了太阳能对海水淡化浓盐水加热性能的影响。采用浓盐水自动采集与监测系统,考察了太阳能辐照度、环境温度、相对湿度、风速四个气象因子以及淡化浓盐水进水体积流量、进水温度对6°B6盐水太阳能集热性能的影响。实验采用的真空管集热器面积为10m2,浓盐水的进料体积流量为0.12m3/h～0.14m3/h。 天津经济技术开发区2007年5月到2008年5月的研究结果表明：在六个气象影响因子中,太阳辐照强度对淡化浓盐水加热效果最为明显,其次是环境温度、相对湿度、风速。淡化浓盐水的进水温度及体积流量对加热效果影响不明显。 常温下淡化浓盐水太阳能加热后出水温度为35℃~65℃,浓盐水集热效率为30%-80%,用于膜蒸馏过程可节约20%-40%的能耗,单位集热面积单位时间浓盐水集热量的平均值为5.182kJ/(kg.m2)。在太阳辐照强度和环境温度都较高的气候条件下,太阳能对浓盐水明显的加热效果可持续到16：00～17：00。 采用Matlab建立了神经网络海水淡化浓盐水太阳能加热模型,利用小时平均值数据进行训练,所得结果与实验结果基本一致。用此模型对实验月均值进行预测,所得结果与实验值的误差均小于5%。用此模型对永兴岛及大连,上海,海口,汕头,福州五个典型城市气候条件下,海水淡化浓盐水太阳能膜蒸馏预热过程模拟预测,结果表明浓盐水的集热速率均高于7.941kJ/(kg.m2)。在永兴岛气候条件下,20℃浓盐水太阳能加热出水温度为45℃-75℃,其它五个城市气候条件下预测,浓盐水出水温度为45℃-65℃。太阳能的集热效率为30%-75%,可以节约20%～40%的能量。 【关键词】：太阳能 海水淡化 膜蒸馏 浓盐水 人工神经网络
【学位授予单位】：天津科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：P747
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 前言9-17
• 1.1 海水淡化产业及太阳能利用现状10-13
• 1.2 太阳能膜蒸馏研究现状13-15
• 1.2.1 膜蒸馏技术13-14
• 1.2.2 太阳能利用技术在膜蒸馏过程的应用14-15
• 1.3 本课题的研究内容及研究思路15-17
• 1.3.1 本课题的研究内容15-16
• 1.3.2 本课题的研究思路16-17
• 2 淡化浓盐水太阳能加热实验17-22
• 2.1 实验仪器、设备及试剂17-18
• 2.1.1 实验仪器、设备17-18
• 2.1.2 实验试剂18
• 2.2 实验装置18-19
• 2.3 信号监测采集系统19-22
• 2.3.1 信号监测采集基本原理19-20
• 2.3.2 监测信号的采集方式20-22
• 3 淡化浓盐水太阳能加热性能研究22-40
• 3.1 太阳辐照强度对淡化浓盐水集热速率的影响23-26
• 3.2 环境温度对淡化浓盐水集热速率的影响26-29
• 3.3 空气相对湿度对淡化浓盐水集热速率的影响29-31
• 3.4 风速对淡化浓盐水集热速率的影响31-34
• 3.5 进水体积流量对淡化浓盐水集热速率的影响34-36
• 3.6 进水温度对淡化浓盐水集热速率的影响36-38
• 3.7 本章小结38-40
• 4 淡化浓盐水太阳能加热性能全年综合分析40-46
• 4.1 淡化浓盐水太阳能加热性能全年分析40-41
• 4.2 气象因素对淡化浓盐水加热效果的影响41-45
• 4.2.1 太阳辐照强度对淡化浓盐水集热性能的影响43-44
• 4.2.2 环境温度对淡化浓盐水加热效果的影响分析44
• 4.2.3 淡化浓盐水集热效率分析44-45
• 4.2.4 进水温度、流量对淡化浓盐水集热性能的影响45
• 4.3 本章小结45-46
• 5 神经网络模型的建立及应用46-60
• 5.1 神经网络简介46-50
• 5.1.1 神经网络模型46-50
• 5.1.2 神经网络的应用50
• 5.2 神经网络模型的建立50-54
• 5.3 神经网络模型的应用54-59
• 5.3.1 淡化浓盐水在永兴岛气象条件下ANN模型加热性能预测54-56
• 5.3.2 淡化浓盐水在五个典型沿海地区气象条件下ANN模型加热性能预测56-59
• 5.4 本章小结59-60
• 6 结论60-61
• 7 展望61-62
• 8 参考文献62-70
• 9 论文发表情况70-71
• 10 致谢71

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