太阳能海水淡化装置的能量系统研究

【摘要】：海水淡化是解决淡水资源短缺的有效途径。低温蒸馏式海水淡化方法是目前公认的最有发展前景的海水淡化方法之一，其优点是：对热源要求不高，操作温度低，可使用太阳能或烟气余热等低品位热源，对设备腐蚀性小，不易结垢。太阳能是一种洁净、安全、无污染的可再生能源。本文主要对新型低温蒸馏式太阳能海水淡化的能量系统进行了研究，采用高效无机热管作为传热元件，设计了新型太阳能集热板以及单效低温蒸馏式太阳能海水淡化系统的其它主要部件，建立了试验台，对影响其产水量的各因素进行了分析，对装置提出了改进意见。 由于氙灯辐射光谱与太阳的辐射光谱很接近，因此本文采用氙灯模拟太阳辐射。首先，对西安地区的太阳辐射强度进行了计算，并以计算出的辐射强度为依据，确定了模拟光源的辐射强度值；以集热面上接收到的辐射强度均匀为设计原则，选取了氙灯的功率、个数，设计了布置方式。 设计了新型多孔太阳能集热板。该集热板放置于蒸馏器内海水面的上方，蒸馏器内的工作压力为负压。集热板表面涂有黑色的吸收涂层，上面均匀开有数目不同的两种孔，小孔供蒸汽通过，大孔用来安装导热管。导热管由高效无机热管制作。它的径向传热能力为44kW／m~2，轴向传热能力达到8600kW／m~2，可在极短时间内达到等温传热。导热管的下端浸没在海水中，可将集热板收集到的太阳能迅速传递给海水，使海水在低温下蒸发，产生的蒸汽通过冷凝器凝结为淡水。导热管的使用强化了集热板与海水之间的换热，使海水的加热面积增大，新型集热板的使用，使海水淡化装置的占地面积减小。 根据能量平衡关系，计算了蒸馏器内海水的蒸发量，分析了汽、液分离的过程，计算了汽、液分离空间的高度。根据蒸汽冷凝量的大小，选择了冷凝器的型式，并对其进行了设计计算。 对单效低温蒸馏式太阳能海水淡化装置进行了试验研究，并对影响其产水量的各主要因素进行了讨论。得出：在其它条件不变的情况下，太阳辐射量、集热器面积分别与产水量呈线性关系；在辐射强度相同的条件下，蒸馏器的效数越多，产水量越大。最后，对试验装置提出了改进意见，建议将单效装置该改为三效装置以提高产水率。 本文的研究工作为大型太阳海水淡化装置的设计和性能分析起到了一定的参考作用。 【关键词】：太阳能 海水淡化 氙灯 集热板 高效无机热管
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：P747
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-7
• 主要符号表7-9
• 目录9-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 研究背景11-13
• 1.1.1 海水淡化的背景及意义11-12
• 1.1.2 海水淡化方法的分类12-13
• 1.2 太阳能海水淡化技术13-15
• 1.2.1 太阳海水淡化的发展13-15
• 1.2.2 太阳能蒸馏的缺点及改进15
• 1.3 本文主要研究内容15-17
• 第二章 蒸馏式太阳能海水淡化工艺17-23
• 2.1 一般蒸馏式太阳能海水淡化工艺17-19
• 2.1.1 直接法17-18
• 2.1.2 间接法18-19
• 2.2 低温蒸馏式太阳能海水淡化工艺设计19-22
• 2.2.1 工艺的工作原理20-21
• 2.2.2 工艺的特点21-22
• 2.3 小结22-23
• 第三章 太阳辐射模拟23-36
• 3.1 水平面上太阳辐射量计算23-28
• 3.1.1 大气层外水平面上太阳辐射的计算23-25
• 3.1.2 水平面上太阳辐射量的计算25-27
• 3.1.3 计算实例27-28
• 3.2 太阳辐射的模拟原理28-30
• 3.2.1 太阳辐射能量的分布28-29
• 3.2.2 太阳辐射模拟的方法29-30
• 3.2.3 太阳能辐射强度的测量30
• 3.3 模拟光源的设计30-33
• 3.3.1 氙灯结构及工作原理30-31
• 3.3.2 氙灯光源的设计31-33
• 3.4 集热面上辐射量的计算模型33-35
• 3.4.1 模型的建立33-34
• 3.4.2 计算实例34-35
• 3.5 小结35-36
• 第四章 低温蒸馏式太阳能海水淡化系统主要部件的设计36-50
• 4.1 集热器的设计36-37
• 4.2 蒸馏器的设计37-41
• 4.2.1 蒸馏器的工作原理37-38
• 4.2.2 蒸发量的计算38-39
• 4.2.3 汽、液分离空间高度的计算39-41
• 4.3 冷凝器的设计41-49
• 4.3.1 冷凝器的分类41-43
• 4.3.2 冷凝器的计算43-49
• 4.4 小结49-50
• 第五章 试验及数据处理50-60
• 5.1 试验50-53
• 5.2 影响产水量的因素分析53-59
• 5.3 试验装置的改进59
• 5.4 小结59-60
• 第六章 结论与展望60-62
• 6.1 结论60
• 6.2 展望60-62
• 致谢62-63
• 附录63-64
• 参考文献64-66

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