【摘要】：隨著世界淡水資源的日益枯竭,海水淡化已成為解決淡水資源緊缺最重要手段之一。常規(guī)的海水淡化是高能耗產(chǎn)業(yè),而當(dāng)前石化資源面臨即將耗盡的威脅。使用常規(guī)能源進(jìn)行海水淡化不僅加劇能源緊缺,而且排放溫室氣體、氮氧化合物等污染物質(zhì),因此,利用可再生清潔能源(如太陽能等)實(shí)現(xiàn)海水淡化必將成為海水淡化技術(shù)的重要發(fā)展方向,成為解決淡水危機(jī)的重要途徑,對(duì)確保人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。 針對(duì)不同的地域條件和保障需求,研制出兩種熱法太陽能海水淡化裝置,即多級(jí)強(qiáng)化冷凝面太陽能海水淡化裝置和降膜蒸發(fā)太陽能海水淡化裝置,進(jìn)行裝置淡化機(jī)理、穩(wěn)態(tài)性能測(cè)試、實(shí)際運(yùn)行實(shí)驗(yàn)和性能模擬分析等方面詳細(xì)研究,并分析了兩類系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。 建立了多級(jí)強(qiáng)化冷凝面太陽能海水淡化系統(tǒng)各部件和總系統(tǒng)的傳熱傳質(zhì)數(shù)學(xué)模型,給出裝置內(nèi)各級(jí)傳熱速率方程、裝置最上一級(jí)傳熱傳質(zhì)關(guān)系式,以及裝置性能系數(shù)的理論計(jì)算公式。 實(shí)驗(yàn)測(cè)試了三級(jí)強(qiáng)化冷凝面太陽能海水淡化裝置的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能,完成裝置在實(shí)際天氣下的實(shí)驗(yàn)測(cè)試。瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)表明:裝置運(yùn)行3h后基本達(dá)到穩(wěn)定產(chǎn)水率;運(yùn)行溫度越高,產(chǎn)水率和穩(wěn)態(tài)性能系數(shù)越大,運(yùn)行溫度70℃以上時(shí)性能系數(shù)達(dá)1以上。裝置在實(shí)際天氣下的實(shí)驗(yàn)表明:太陽輻射量為19～20MJ/( m2·d)、海水深度為2cm、3cm、4cm時(shí),淡水總產(chǎn)量為7.29kg/d、6.56kg/d、5.12kg/d,裝置性能系數(shù)為1.12、0.98、0.78;裝置各級(jí)運(yùn)行溫度、各級(jí)產(chǎn)水率變化趨勢(shì)與接受太陽能輻射量變化趨勢(shì)相似,但時(shí)間有不同程度滯后;海水深度越淺,其產(chǎn)水率、累積產(chǎn)水量和性能系數(shù)也越大。 對(duì)多級(jí)強(qiáng)化冷凝面太陽能海水淡化裝置運(yùn)行性能進(jìn)行模擬分析,理論預(yù)測(cè)了迭盤級(jí)數(shù)、能量匹配系數(shù)、各級(jí)盤海水深度、迭盤蒸發(fā)面與冷凝面距離等因素對(duì)裝置性能的影響,分析計(jì)算了不同海水深度下最佳匹配關(guān)系及裝置性能系數(shù)。對(duì)比分析三級(jí)裝置運(yùn)行性能的理論預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果表明:實(shí)測(cè)值與理論預(yù)測(cè)值變化趨勢(shì)大體相似,實(shí)測(cè)值低于理論預(yù)測(cè)值;理論預(yù)測(cè)結(jié)果基本合理,具有參考價(jià)值。 基于膜蒸發(fā)與膜凝結(jié)理論,研發(fā)出太陽能和風(fēng)能聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的降膜蒸發(fā)海水淡化裝置。對(duì)裝置的傳熱傳質(zhì)過程進(jìn)行分析,從而建立裝置傳熱傳質(zhì)數(shù)學(xué)模型,給出裝置整體及各部件系統(tǒng)質(zhì)量守恒方程、鹽質(zhì)量守恒方程、能量平衡方程、傳熱方程及產(chǎn)水量計(jì)算等傳熱傳質(zhì)關(guān)系式。 對(duì)降膜蒸發(fā)太陽能海水淡化裝置產(chǎn)水率的主要影響因素進(jìn)行分析測(cè)試,獲得裝置適宜的運(yùn)行條件:淡化裝置主機(jī)運(yùn)行溫度70~80℃、冷卻水溫度15~25℃為佳;加熱水流量和冷卻水流量為2.5~3.5m3/h合適;主機(jī)運(yùn)行壓力15~20kPa為佳;裝置有較高性能系數(shù),運(yùn)行溫度70~75℃時(shí),裝置性能系數(shù)約為2.0。進(jìn)行裝置性能優(yōu)化研究,獲得降膜蒸發(fā)太陽能加熱系統(tǒng)的最佳匹配參數(shù)及總系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化參數(shù)。完成降膜蒸發(fā)太陽能海水淡化裝置實(shí)際運(yùn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試,檢驗(yàn)了太陽能集熱器、海水淡化主機(jī)運(yùn)行情況及自動(dòng)控制系統(tǒng),并測(cè)試裝置在兩年中典型月份基本運(yùn)行情況。實(shí)測(cè)結(jié)果表明,裝置產(chǎn)水率較高,在太陽輻射20MJ/(d·m2)條件下,系統(tǒng)平均每平方米集熱面積產(chǎn)水達(dá)10～15L,淡化出水水質(zhì)指標(biāo)符合國家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB5749-2006)。 采用折算現(xiàn)值的方法進(jìn)行兩類太陽能海水淡化系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析,建立了兩類系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析數(shù)學(xué)模型,計(jì)算其投資回報(bào)和產(chǎn)水成本。降膜蒸發(fā)太陽能海水淡化裝置產(chǎn)水成本11.45元/噸,多級(jí)強(qiáng)化冷凝面太陽能海水淡化裝置產(chǎn)水成本10.9元/噸,兩類熱法太陽能海水淡化裝置均具有良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：P747

【引證文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2718228