利用太阳能的小型海水/苦咸水淡化装置研究

摘要

随着世界人口的骤增，现代工业的迅速发展，一方面使淡水的需求量急剧增大；另一方面，由于工业废弃物的大量排放，使得大量河流、湖泊等原来洁净的水体受到严重污染，致使原本就不多的淡水资源遭到破坏，从而进一步加剧了人类淡水供求的矛盾，使世界上许多国家和地区都面临着水资源危机，如何解决人类的水资源短缺，是全世界目前急需解决的难题。近年来，利用无污染的太阳能进行海水淡化，走可持续发展的道路，已成为世界各国关注的重点。
　　 在系统了解国内外海水淡化技术的发展状况，掌握海水淡化过程中主要介质的性质及基本的传热传质理论的基础上，本文提出了一种结合平板型太阳能空气集热器和热管式真空集热管，利用空气增湿除湿原理的小型海水/苦咸水淡化方法。用热管式真空集热管组加热蒸馏器内的海水或苦咸水，采用微负压引入的方法将平板型太阳能空气集热器加热后的热空气引入到蒸馏器内的海水中，通过曝气装置使热空气以微气泡的形式与海水或苦咸水进行换热，实现空气的增湿。然后对增湿后的空气进行水平圆管外冷凝减湿，获取淡水。
　　 制作了利用太阳能的小型海水/苦咸水淡化装置的样机，主要包括蒸馏器及支架、平板型太阳能空气集热器及支架、热管式真空集热管组、冷凝器、风机及连接管道等。装置充分利用了负压汽化和正压凝结，人为设置扰动源，破坏边界层，减小边界层厚度等方法，强化系统传热。并利用电吹风进行了模拟实验，找到了影响系统蒸发量的主要因素：热空气温度、空气流量、水温和初始水量等。
　　 对实验样机进行了运行测试，平板型空气集热器实际抽气热效率为66％，蒸馏器开口闷晒热效率为27.4％，封闭运行热效率65％，装置蒸发冷凝比为50％。实验表明：热管式真空集热管对蒸馏器内的海水具有很好加热性能，升温速度较快；运行测试过程中各个参数对太阳总辐射强度有很好的跟随性；蒸馏器内部持续热量供给对系统蒸发量的影响重大。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题的意义

1.2海水淡化的一般问题

1.2.1海水性质及海水淡化的一般方法

1.2.2 工业上常用的海水淡化方法介绍

1.3太阳能海水淡化技术及发展

1.3.1太阳能海水淡化的分类及发展

1.3.2太阳能海水淡化的优点与问题

1.4论文的主要研究内容

第二章小型海水/苦咸水淡化装置的原理与设计

2.1增湿除湿海水淡化技术

2.1.1典型的增湿除湿海水淡化过程

2.1.2增湿除湿系统的状态方程及参数分析

2.2小型海水/苦咸水淡化装置设计

2.2.1小型海水/苦咸水淡化装置的基本结构和特点

2.2.2小型海水/苦咸水淡化装置的工作原理及流程

2.3本章小结

第三章小型海水/苦咸水淡化装置中的基本传热传质关系

3.1湿空气的物理性质和状态参数

3.1.1湿空气的物理性质

3.1.2湿空气的状态参数

3.2湿空气的基本热力过程

3.3空气与水直接接触的热湿交换

3.3.1空气与水直接接触的热湿交换原理

3.3.2空气与水直接接触时的状态变化过程

3.4定压下水蒸气的发生过程

3.4.1定压下水蒸气发生的三个阶段

3.4.2气泡换热理论

3.5定压下水蒸气的凝结过程

3.6影响换热的因素与强化传热

3.7本章小结

第四章太阳能利用及实验装置制作

4.1太阳能介绍

4.1.1我国太阳能资源分布及利用

4.1.2利用太阳能的优势与问题

4.2太阳能利用中的传热学基础知识

4.2.1三种基本传热方式

4.2.2总传热过程

4.3常用太阳能接收装置

4.3.1平板型空气集热器

4.3.2真空集热管

4.3.3太阳能集热器的使用注意事项

4.4实验装置的设计制作

4.4.1 平板型太阳能空气集热器制作

4.4.2热管式真空集热管的选择及制作

4.4.3蒸馏器与冷凝器的选择制作

4.4.4装置的整体安装及传热分析

4.5本章小结

第五章小型海水/苦咸水淡化装置实验分析

5.1实验仪器介绍

5.2利用电吹风的模拟实验

5.2.1模拟实验设计

5.2.2模拟实验结果分析

5.3实验装置实际运行

5.3.1蒸馏器闷晒实验

5.3.2蒸馏器结合电吹风的蒸发实验

5.3.3小型海水/苦咸水淡化装置的整体实验

5.4本章小结

参考文献

致 谢

在读硕士期间发表论文