基于盐差发电系统的自驱型旋转式压力交换器的仿真及优化

摘要

盐差能作为一种新型、清洁、无污染的可再生能源,其主要表现形式为海水与淡水之间或者两种盐度不同的海水之间的化学电位差能,是以化学能形态存在于海洋之中的海洋能。盐差能具有蕴藏量大、单位面积能量密度高等特点,若将盐差能转化为电能,将具有非常可观的社会效益和经济效益。
　　本文通过参考国内外盐差能发电技术的研究成果并结合实验室所申请的100W盐差能发电项目,通过原理分析、参数计算以及原理试验等方式,建立了一套采用渗透压法进行盐差能发电的试验系统。压力交换器作为渗透压法盐差能发电系统中的核心部件,其工作性能对盐差发电系统的发电效率具有极大的影响。然而,由于目前市面上的压力交换装置主要应用于反渗透海水系统,直接采用现有产品时,其在盐差能发电系统中的能量转化效率会在一定程度上低于理论设计值,因而文中尝试自行设计一种适用于100W盐差能发电项目的自驱型旋转式压力交换器。
　　在自驱型旋转式压力交换器的设计过程中,最主要的是转子以及端盖的设计。转子的设计参数包括孔道的结构、个数以及相关的尺寸;端盖的参数主要是孔道的尺寸以及集液槽的内部结构。以渗透压法盐差能发电系统中的压力交换器的工作环境为设计依据,结合旋转式压力交换器的设计理论,对自驱型旋转式压力交换器的结构参数以及尺寸参数进行确定。再根据所得出的设计结果,采用三维绘图软件 SolidWorks绘制出了转子和端盖的三维模型。此外,为了进一步的对装置核心部件的工作状态进行分析,将绘制出的转子孔道和端盖孔道的三维模型以STEP的格式保存后导入到Gambit软件中,进行网格划分以及初始工作条件的设定后,运用 Fluent软件进行分析,模拟出核心部件的工作状态。最后根据仿真的结果进行分析以及优化设计,由此得出更为合理的设计方案。

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1 前言

1.1 盐差能发电与正渗透技术

1.2 压力交换器与反渗透海水淡化

1.3 本课题的提出及研究意义

1.4 本课题的研究内容

2 盐差发电系统的相关计算及设计

2.1 100W盐差发电项目简介及原理试验

2.2 盐差发电系统的参数计算

2.3 盐差发电系统的整体设计

2.4 压力交换器在盐差发电系统与反渗透海水淡化系统中的应用

2.5 本章小结

3 盐差发电系统中压力交换器的选型及其工况预估

3.1 旋转式压力交换器的工作特点及相关产品简介

3.2 盐差发电系统中压力交换器的选型

3.3 选定产品在盐差发电系统中的工况预估

3.4 本章小结

4 旋转式压力交换器的结构设计的理论方法

4.1 旋转式压力交换器的设计思路及原则

4.2 旋转式压力交换器的主体结构设计

4.3 自驱型旋转式压力交换器的一般设计流程

4.4 本章小结

5 旋转式压力交换器在盐差发电系统中的仿真分析

5.1 仿真软件Fluent简介

5.2 压力交换器的仿真模型的建立及初始条件设定

5.3 压力交换器的仿真过程及分析

5.4 本章小结

6 旋转式压力交换器的相关优化设计

6.1 转子孔道的优化设计

6.2 端盖上的孔道形状的优化分析

6.3 旋转式压力交换器的整体结构分析

6.4 本章小结

7 总结与展望

7.1 论文主要的研究内容及结论

7.2 论文的创新之处

7.3 论文的不足与展望

参考文献

个人简历

致谢