竖管式蒸馏太阳能苦咸水淡化装置性能研究

针对偏远缺水地区提出一种新型竖管式蒸馏太阳能苦咸水淡化装置,利用嵌套圆管之间小空间形成苦咸水受热蒸发冷凝腔从而生成淡水,该装置具有结构紧凑、节省空间、承压性能好等特点。介绍了竖管式蒸馏太阳能苦咸水淡化装置的结构原理,对装置在不同加热功率下淡水产量及蒸发冷凝温度进行了试验研究,得到了不同运行工况下装置的性能系数,探索了提高装置淡水产量的方法,分别研究了在负压运行工况和套筒外壁面水冷负压运行工况下的装置淡水产量和温度变化。结果表明:装置在输入功率为200 W时,性能系数可以达到0.80;工作压力为75kPa,加热温度为80.00℃时,装置淡水产量为0.259kg/h,比相同加热温度下常压时装置淡水产量提高23.90%;当装置套筒外壁面进行水冷强化,工作压力为75kPa,加热温度为70.00℃时,装置淡水产量为0.690kg/h,是非水冷相同运行工况下装置淡水产量的3.62倍。     

具有折皱底面的多级迭盘式太阳能蒸馏器的模拟实验研究

设计制作了一台蒸发面积为0．2025m^2，各盘具有折皱底面的多级迭盘式太阳能蒸馏器，用普通电热器作为热源对之进行了模拟实验研究。对装置的瞬态和稳态性能进行了测试，给出了在不同迭盘数的情况下，蒸馏器的运行温度、能耗与产水量的关系，并计算了在不同运行温度下装置的性能系数。结果表明，当温度大于70℃时，内强化传热多级迭盘式太阳能蒸馏器有良好的产水性能．对影响产水率的其它因素也作了讨论。     

负压管式蒸馏装置内水蒸气输运过程数值模拟分析

维持蒸馏空腔负压运行可显著提高海水淡化装置的产水性能。为了研究负压条件下,管式蒸馏空腔内水蒸气的输运特性,构建了CFD计算模型,并采用实验数据对CFD计算结果进行验证。此外,文章还根据CFD计算结果得到负压管式蒸馏空腔内湿空气流速、湿空气温度和水蒸气质量分数的分布情况,并对不同负压条件下,管式蒸馏装置的产水性能进行了预测。分析结果表明:管式蒸馏空腔内存在两个对称的环形流动区域,随着该空腔内水温逐渐升高以及操作压力逐渐降低,该空腔内水蒸气的质量分数逐渐增大,湿空气平均流速逐渐增大;与常压下空腔内湿空气的流速相比,当空腔内的操作压力为40 kPa时,湿空气的平均流速约增大了1.5倍;当空腔内的操作压力为40 kPa,水温为70℃时,湿空气的最大流速为0.159 m/s;与常压运行工况相比,当管式蒸馏空腔处于负压运行工况时,管式蒸馏装置的产水速率增大了1.4～6倍,管式蒸馏空腔内温度越低,负压对管式蒸馏装置的产水速率的提升效果越明显。     

漂浮式聚光升膜多效太阳能蒸馏器的性能研究

提出一种漂浮在海面上进行淡化产水的聚光升膜多效太阳能蒸馏器，该淡化装置包含一个抛物面聚光镜和多个垂直布置的蒸发-冷凝单元。采用吸水芯作为蒸发器，利用毛细吸力使海水形成上升的液膜，有效减少了加热损失。建立理论模型分析装置内部的传热传质过程。通过实验研究不同运行参数对装置温度、产水量和比能耗的影响。室内稳态研究结果表明，当太阳辐照度为900 W/m²时，蒸馏器内部温差为56.9℃，产水率可达到2.64 kg/(m²·h)。在户外平均太阳辐照度为603.7 W/m²的条件下，装置一天产水量为5.3 kg/(m²·d)，日平均比能耗为1591.6 kJ/kg。     

户用多效太阳能苦咸水蒸馏器产水特性研究

工业化太阳能苦咸水淡化装置占地面积大、初始投资高,难以应用于分布式户用苦咸水淡化过程。文章设计了一种户用多效太阳能苦咸水蒸馏器,该蒸馏器具有占地面积小、低品位热能驱动、运行简单等特点,可以实现分布式制备淡水。文章在实际天气条件下,测试了由平板太阳能集热器供能的户用多效太阳能苦咸水蒸馏器的产水速率,研究了该蒸馏器蒸发冷凝温度的变化情况,以及竖直方向冷凝温度梯度的分布情况。研究结果表明,晴天稳态运行时,户用多效太阳能苦咸水蒸馏器内蒸发冷凝温差的最大值约为22℃,沿竖直方向第一效冷凝套筒的冷凝温差约为9.8℃,该蒸馏器的最大产水速率为23.53 g/min,可以满足偏远地区小型户用淡水的制备需求。     

不同特征尺寸管式降膜太阳能海水蒸馏器热性能分析

为提高小型太阳能海水蒸馏器热能利用效率和产水速率,设计一种管式降膜太阳能海水蒸馏器,基于小高径比环形封闭空间水蒸气传热传质特性,分析特征尺寸和运行温度对装置单位冷凝面积产水速率的影响机理,研究不同特征尺寸管式降膜太阳能海水蒸馏器蒸发冷凝温差、竖直方向冷凝温度梯度等变化规律。结果表明,运行温度为85℃时,特征尺寸为0.015 m的管式降膜太阳能海水蒸馏器单位冷凝面积产水速率为0.696 kg/(h·m~2),比特征尺寸为0.035 m的蒸馏器增加10.48%,冷凝温度T_4为81.94℃,比特征尺寸为0.035 m的蒸馏器高3.83℃,在测试范围内蒸发冷凝温差最小为1.9℃,该研究可为强化管式太阳能海水淡化装置热质传递过程提供技术参考。     

多效增湿除湿太阳能海水淡化装置的性能试验

文章提出了一种具有规模灵活、操作简单、维护运行成本低廉、易于和可再生能源结合等优点的新型多效增湿除湿太阳能海水淡化装置;介绍了装置的结构和运行原理,进行了海水运行温度、进水流量等影响产水性能的参数的实验研究。研究结果表明,装置产水量随进水流量和运行温度增加而增大,当进水流量为906 kg/h时,装置产水量达到58.14 kg/h。该多效增湿除湿海水淡化系统具有较大的性能提升空间和广阔的应用前景。     

小型管式降膜太阳能海水蒸馏装置性能分析

为了利用分布式小型海水脱盐装置生产淡水,文章提出了一种新型管式降膜太阳能海水蒸馏装置,并分析了该装置的产水性能,以及进料海水盐度、进水流量等对该装置的产水速率、冷凝温度、排浓海水温度等的影响。研究结果表明:产水速率随着进料海水盐度的增加而减小,在运行温度为80℃的情况下,当进料海水盐度为3.5%时,产水速率为151.02 g/10 min,比进料海水盐度为10.5%时增加了20.33%;产水速率随着进水流量的减少而增加,在运行温度为80℃的情况下,当进水流量为0.44 kg/h时,产水速率为0.907 kg/h,比进水流量为0.68 kg/h时增加了21.42%;通过管式降膜太阳能海水蒸馏装置的模块化组合,可以满足用户不同的淡水需求量。     

负压对太阳能加湿除湿产淡水性能的影响

为提高淡水产量,设计一种太阳能负压式太阳能加湿除湿海水淡化系统,通过减小加湿腔体内压强来增加湿空气中含湿量,湿空气分别在液环真空泵和除湿腔内冷凝收集得到淡水。湿空气中含湿量上升,日产淡水总量增加。当湿空气温度70 ℃时,加湿腔压强从90 kPa减至70 kPa,含湿量增加154.9 g/kg;加湿腔压强70 kPa时,12：00—14：00可稳定产淡水1.8 kg/h以上,最高可达2.1 kg/h。装置性能系数GOR最高可达1.7。     

充水排气式自然真空太阳能海水淡化系统的实验研究及经济分析

提出了一种充水排气式的自然真空太阳能海水淡化系统,介绍了其结构及工作原理。当蒸发器内产生不凝气体时,利用水泵向蒸发器充水从而排出不凝性气体,具有能耗低、运行可靠等优点。搭建了实验样机,通过稳态实验研究了系统在不同运行温度时的产水性能。实验结果表明,产水量和性能系数随着热海水温度的增加而增加。当供热海水质量流量为0.1 kg/s、温度为60℃时,每周期产水量为13.73 kg,对应的性能系数为1.77。最后,对本装置的经济效益进行了分析。     

横管降膜蒸发内回热式太阳能海水淡化装置的实验研究

设计建造了一台利用太阳能或其它余热驱动的横管降膜蒸发内回热式海水淡化装置，并利用模拟热源对该装置进行了实验研究，由于在系统的蒸发及冷凝过程中，大部分水蒸汽的凝结潜热被重复利用于海水的预热及蒸发过程，因而系统具有较高的产水率，同时，由于在气流的闭式环过程中，蒸发腔中处于负压状态，冷凝腔中处于正压状态，强化了系统的产水性能，使系统的产水效率比传统的盘式太阳能蒸馏器提高了3倍左右，介绍了系统的瞬态特性及运行温度，供海水流率与产水量的相互关系，对影响系统产水率的其它因素进行了讨论。     

多效管式太阳能苦咸水淡化装置热质传递强化研究

针对管式太阳能蒸馏苦咸水淡化装置产水率低的问题,提出了一种多效管式太阳能苦咸水淡化装置。文章介绍了淡化装置的构造和运行原理,提出了两种强化管式太阳能苦咸水淡化装置内部传热传质效能的方法,测试了装置在定功率和定温度运行条件下蒸发温度、冷凝温度和产水量的变化,研究了对其第二效套筒风冷和水冷条件下,装置淡水产量随运行温度变化的规律。研究结果表明:在输入功率为335 W时,装置的性能系数达到1.37;当加热温度为80℃,对装置套筒进行风冷强化时,淡水产量为1.248 kg/h,比无风冷时的装置淡水产量增加了82.5%;当对装置套筒进行水冷强化时,淡水产量为1.556 kg/h,是无水冷时的装置淡水产量的2.28倍。     

一种新型家用太阳能海水淡化装置

设计了一种具有折皱底面的多级迭盘式家用太阳能海水淡化装置。该装置由热管式真空集热管和多级海水淡化器两部分组成。在实际天气条件下,对该装置性能进行了测试,给出了该装置每0.5 h的产水量、累计产水量以及各级水盘的水温随运行时间的变化曲线。实验结果表明,在测试当天累计太阳辐射量22.46 MJ/（m^2.d）条件下,该装置产水量可达9.34 kg/（m^2.d）,单位太阳辐射能产水量为1.50 kg/kWh;该装置的性能系数达到0.956,是传统单级盘式太阳能蒸馏器性能系数的2.7倍。该装置使用简便,运行可靠,维护费用低,在淡水缺乏的岛屿或偏远的咸水湖地区,是一种较为理想的家用太阳能海水淡化装置。     

两种聚光器联合驱动的鼓泡加湿除湿型太阳能海水淡化系统实验研究

设计一个由太阳能空气集热器和曲面菲涅尔透镜联合驱动的鼓泡加湿除湿型太阳能海水淡化系统,介绍该系统的结构和运行原理,对多曲面聚光器的聚光特性进行光学仿真分析,对装置各部件的能量进行平衡计算,测试系统在实际天气条件下的产水性能,给出太阳辐照度、装置运行温度和产水效率随时间的变化关系。当太阳辐照度平均为795 W/m2时,该装置集热管出口温度最高为64.8℃,产水量约为9.48 kg/d,整体系统热效率为43.5%。     

叠置式太阳能加湿除湿海水淡化系统的稳态性能研究

介绍一种基于空气加湿除湿技术的太阳能海水淡化装置,装置中除湿腔叠置在加湿腔的上部,以此缩小装置的占地面积并利用热湿空气自然上升的浮力,形成一种新结构。详细说明装置的结构和运行原理,并研究控制海水运行温度、流量、循环空气流率等参数对装置产水性能的影响。实验结果表明,装置产水量随进水流量和运行温度增加而增加,当温度为90℃时,进水流量为420 kg/h,装置的最大产水量达到10.38 kg/h,装置性能系数GOR最大为1.33。系统在类似条件下的理论产水率达到约15.6 kg/h,性能系数达到1.90。对生化小球和加湿帘2种填料及不同填料厚度的产水性能进行测试,结果表明填料的选择,要结合装置体积和传质效率来综合考虑。     

聚光直热式加湿除湿型太阳能海水淡化装置性能测试与经济性分析

对一种聚光直热式加湿除湿太阳能海水淡化装置进行实验测试,根据其产淡水速率和经济成本,对其长期运行的经济性进行分析。在室内稳定条件下,测试给出海水喷淋温度、加热功率等对产水速率的影响曲线。结果表明,采用双层加湿小球作为加湿层材料的系统产水效果最好,在喷淋温度为73℃时,其产水速率为1.12 kg/h。在实际天气下,也测试给出装置内部的工作温度和产水性能随时间的变化曲线。实验结果表明,在平均太阳直射辐照度为692 W/m~2时,最大产水速率达到0.52 kg/h,装置的平均性能系数达到0.84。     

带肋片多效管式海水淡化装置的实验研究

设计一种带肋片多效管式海水淡化装置并利用模拟热源对装置进行实验研究。实验中对系统稳态产水性能进行测试,给出系统在不同运行温度、压力下的产水速率和性能系数。实验结果表明:装置小时产水量随运行温度升高而增大,80℃时小时产水量为0.59 kg/h;对装置进行抽真空后装置的小时产水量增加明显,在运行温度为70℃压力为0.31 k Pa时,小时产水量最大为1.19 kg/h;装置的性能系数最高达1.5,定功率运行10 h,产水量最高为8.58 kg。     

具有强化凝结面的全被动多级迭盘式太阳能蒸馏器的稳态研究

设计制作了一台蒸发面积为1.2m2,具有强化凝结面的多级迭盘式太阳能蒸馏器,该蒸馏器最下面一级用热管式真空管集热器供热,最上面一级能被动接收阳光,可在晴好天气下,无需动力自动产生淡水。用普通电热器作为热源对其进行稳态性能测试,给出系统运行温度和产水量的关系,并给出系统在稳定供热时的升温曲线及在无热量输入时的降温曲线。结果表明,当系统运行温度大于70℃时,系统的产水性能明显提高。对影响产水率的其他因素也进行了讨论。     

倾斜降膜蒸发特性实验研究

以电加热作为供热热源来模拟太阳能,研究了不同工况下倾斜降膜蒸发特性,通过对蒸馏器吸热面和冷凝面划分等间距小区段,根据液膜和冷凝面的温度分布,利用Dunkle模型预测了蒸馏器的产水速率.结果表明:热流密度、单位长度给水质量流量、倾斜角度和单位长度冷却水质量流量是影响蒸馏器产水速率的主要因素;产水速率随着热流密度的增大呈线性增加;在单位长度给水质量流量为5.5～10.0kg/(h.m)时,产水速率随着单位长度给水质量流量的减小呈线性增大,单位长度给水质量流量为0.7～5.5kg/(h.m)时,产水速率波动较小;在倾斜角度为15°～60°时,产水速率随着倾斜角度的增大而增大;冷却水均匀地流过冷凝面上表面有助于增大蒸馏器的产水速率;蒸馏器吸热面和冷凝面划分的区段越多,模型预测值与实验值吻合越好.     

锥台式降膜蒸发太阳能苦咸水淡化装置实验研究

针对传统太阳能苦咸水淡化装置运行过程中水体热容量大、传热距离长的问题,文章提出并设计了新型锥台式降膜蒸发太阳能苦咸水淡化装置,通过倾斜冷凝面以拦截浮升水蒸气,从而缩短了苦咸水液膜蒸发传热距离,减少了蒸发冷凝腔内不凝气体量,实现了封闭环形空间内小特征尺寸传热,通过对比分析冷凝面倾斜角度为70°（装置一）和冷凝面倾斜角度为45°（装置二）两装置产水速率和性能系数（GOR）,得到影响该装置性能的关键因素。结果表明,在进水流量为0.30 kg/h时,装置一最大稳态产水速率为0.24 kg/h,比装置二增加了8.33%,其最大蒸发冷凝温差为3.8℃,竖直方向冷凝温度差为1.7℃,性能系数为0.63,该研究为提升小型太阳能苦咸水淡化技术热能利用效率做了有益的探索。