太阳能聚光光伏-膜蒸馏海水淡化复合系统研究

提出一种可在海岛或偏远地区同时产生电力和淡水的聚光光伏-膜蒸馏海水淡化复合系统。对该系统的工作原理以及结构设计进行介绍。对系统的聚光结构进行光学仿真,研究汇聚到太阳电池上的光线接收率及能流密度的均匀性,结果表明,入射角在15°以内时,位置聚光比方差均小于0.8。在实际天气条件下对系统进行实验研究,结果表明,在夏秋季太阳辐照度为800 W/m²的条件下,系统每小时淡水产量可达375.8 g/m²,产水效率可达33.1%,每小时平均输出功率可达61.7 W/m²,电效率为8.0%,系统整体效率可达41.3%。在冬季条件下,对光伏发电功率和发电效率影响不大,但对装置的产水量有较明显的影响,但产水效率仍可达到26%以上。     

基于嵌套结构的多级负压太阳能蒸馏装置实验研究

文章针对常压运行单级太阳能蒸馏器产水效率较低的问题,提出了嵌套管回热和负压运行的改进方案。改进装置由多层圆管嵌套而成,其内部具有多个独立拱形产水腔室,在负压下运行时具有能耗低、操作维护简便、产水性能好且水质高等特点。分别于成都和西昌两地测试了装置处于95(常压),60,40,20 kPa运行压力时的产水性能,结果表明装置在西昌维持40 kPa运行时具有最优产水性能,对应单日产水量为7.2 kg/m²,性能系数为1.45,较常压运行时性能提升近一倍。此后对装置维持负压的能耗数据及产水经济性进行了评估,数据表明装置产水时维持负压能耗低于4 kJ/kg,综合产水成本约为0.1元/L,与同类太阳能蒸馏器相比具有一定优势。     

太阳能光热-光电空气隙膜蒸馏系统实验研究

针对传统苦咸水淡化中的高能耗问题,设计太阳能光热-光电空气隙膜蒸馏耦合系统。实验研究系统运行稳定性,系统连续9、24 h运行工况下热电参数对膜通量的影响;系统获得温度和膜通量随太阳辐照度的变化,理论计算集热面积与膜面积最优匹配。研究表明:系统白天连续9 h运行最大膜通量为5.84 kg/(m~2·h),总产水量为1.80 kg,实际日产水量达43.47 kg/(m~2·h),单位产水热耗为495.3 kWh/m~3;连续24 h运行最大膜通量13.07 kg/(m~2·h),总产水量为2.99 kg,实际日产水量为71.95 kg/(m~2·d),单位淡水热耗为1095.1 kWh/m~3;系统在2种工况下均稳定运行,因此,按照系统连续9 h的产水量,需5.67 m~2的太阳集热器配备0.1248 m~2的平板膜和实际产水7.42 L/d满足3口之家6 L的日常饮用水需求。     

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%。     

多效竖管降膜蒸发太阳能海水淡化装置性能研究

设计一种由平板太阳集热器和海水淡化单元组成的多效同轴竖管降膜蒸发式太阳能海水淡化装置。研究装置的能量流动情况,并在实际天气条件下对装置进行性能测试,给出该装置的产水量和运行温度随运行时间、辐照度的变化曲线。结果表明,装置在实际天气条件下,日产水量最高达到9.92 kg,最大产水速率为2.0 kg/h,是一种理想的太阳能海水淡化器。     

太阳能中温闪蒸海水淡化系统产水性能研究

为提高系统产水性能并降低内部结垢,提出一种由非跟踪复合抛物面聚光器加热导热油至100 ℃以上作为供能热源,采用喷雾辅助闪蒸的海水淡化系统。实验研究实际天气中,不同太阳辐照度下进水口温度、进水流量对系统产淡水性能的影响。采用密封压力桶可将进水口温度升至沸点以上,最高可达123 ℃。太阳辐照度波动较大时,进水口温度保持稳定,系统可稳定运行。进水口温度对产水速率影响显著,平均进水口温度从100 ℃升至120 ℃时,产水速率提高47.61%。当进水流量为50 kg/h,压力维持在0.045 MPa时,系统产水速率最大,日累计淡水产量可达11.14 kg/（d·m²）,小时效率为81.45%,单级生产率为9.15%。     

熔盐横向冲刷过冷沸腾水传热特性实验研究

熔盐-汽水换热器性能直接影响塔式太阳能热电站的发电效率,以太阳盐为工质,实验研究了熔盐横掠冲刷管内过冷沸腾水传热特性,工况参数为：熔盐质量流速504～594 kg/(m²·s),熔盐温度350～560℃;管侧质量流速135～226 kg/(m²·s),入口温度260℃,热流密度65～465 k W/m²。研究影响熔盐换热器传热,特性的关键参数与次要参数,其中熔盐温度及水侧压力对传热特性影响较大。最后,将实验数据与文献中的关联式进行了对比分析。     

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。     

厌氧膜生物反应器处理有机垃圾渗滤液的COD去除率与膜过滤性能研究

考察厌氧膜生物反应器(An MBR)在依次改变膜过滤通量[7 L/(m²·h)、6 L/(m²·h)、5 L/(m²·h)、4 L/(m²·h)]运行下处理实际有机垃圾渗滤液的膜过滤性能,分析了膜污染后污染物阻力分布状况。在水力停留时间(HRT)为10 d、固体停留时间(SRT)为100 d、有机负荷(OLR)为5～6 g-COD/(L·d)的条件下运行104 d。实验结果显示,化学需氧量(COD)的去除率可以达到90%～93%,过滤通量增加后压缩泥饼层使COD去除率有所提高。在初始通量为6 L/(m²·h)下实现了较好的过滤性能,增加通量至7 L/(m²·h)后不可逆污染会快速形成,即使通量再降低至5 L/(m²·h),甚至4 L/(m²·h)后,膜过滤性能仍较差。通过膜清洗测定过滤阻力分布,结果显示泥饼层阻力占总阻力的52%,是造成膜污染的主要因素。降低运行通量对不可逆污染恢复效果差,需及时进行化学清洗,可通...     

平板太阳能集热器冬季运行策略优选实验与集热性能对比研究

为进一步改善平板太阳能集热器(FPSC)冬季水温提升能力的不足，通过搭建的实验平台对FPSC冬季运行策略展开多项实验，分析不同运行模式所对应的集热性能以及适用条件，为平板集热器更高效利用提供参考方案。研究发现：单块FPSC高流速运行的集热效率可达63.74%，各项热性能指标参数优异，但水箱温度偏低；串联、并联系统的水温提升能力较单块模式显著增强，全天温升超过30℃，■效率达到5.15%。其中，并联系统的热效率、对流换热系数、热损失系数分别为51.52%、41.95 W/(m²·K)、4.74 W/(m²·K)，明显优于串联系统的45.33%、38.74 W/(m²·K)、4.81 W/(m²·K)，集热性能更佳；系统冬季低流速运行将出现断流现象，同时水箱内部温度分层明显；高流速运行工况下，降低水箱容积将缩短有效集热时间，无法充分吸收太阳辐照能；增大水箱容积虽能减少集热损失，但系统温升下降造成热能品质降低。     

中国帕米尔高原太阳辐射演变规律

该文基于2016年7月—2021年7月中国帕米尔高原陆-气相互作用观测站的观测资料，挑选总辐射、散射辐射、直接辐射等指标，研究该地区太阳总辐射和散射辐射收支的变化规律及其影响因素。结果表明：中国帕米尔高原太阳总辐射、散射辐射、水平直接辐射年曝辐量分别为6474.41、2219.95、3497.35 MJ/m²。其中，总辐射、散射辐射、水平直接辐射年的最高辐照度为1171.18、676.23、1003.52 W/m²，分别在2017年7月23日、5月31日和4月3日出现。总辐射、散射辐射、水平直接辐射平均辐照度的峰值分别为690.85、218.66、417.02 W/m²，均在12:00前后出现。中国帕米尔高原地表反照率均值在0.24～0.49之间，年均值为0.30。降水和沙尘天气对地表辐射收支产生影响，其中降水天气使总辐射平均辐照度日峰值比晴天时减小约18%，散射辐射平均辐照度日峰值增加约1.8倍，扬沙或浮尘天气发生时总辐射辐照度日峰值与晴天相比变化不大，散射辐射平均辐照度日峰值增加约1.8倍。此外，当喀什市周边发生沙尘...     

热除菌型Trombe墙系统性能研究

热除菌利用细菌在高温下失活的原理,是一种安全、有效、环保的杀菌方法。将热杀菌技术与Trombe墙结合,提出一种热除菌型Trombe墙系统,能同时实现建筑室内采暖和热杀菌功能。围绕提出的除菌型Trombe墙进行墙体热性能实验研究,探究墙体全天的热性能;同时建立系统传热热传质模型,进行室内典型细菌的热失活分析。结果表明,在环境温度为18.1℃、太阳辐射强度为620.6 W/m²的实验条件下,日均空气热效率为0.46;对于大肠杆菌、利斯特氏菌、植物乳杆菌、山夫顿堡沙门氏菌和酿酒酵母五种细菌,热除菌产生的洁净空气量在0～40 m³/h范围内,全天净空气总产生量分别为94.01 m³/(m²·d)、86.51 m³/(m²·d)、100.70 m³/(m²·d)、94.95 m³/(m²·d)和100.10 m³/(m²·d);当换气次...     

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。     

轻质双层纺织基太阳能空气集热器的集热性能试验研究

纺织基太阳能空气集热器作为轻质柔软的太阳能集热器,在中低温集热领域具有潜在的应用前景。文章设计了新型双层纺织基太阳能空气集热器,并进行户外试验,探究单双层结构、间隔丝密度、空气质量流量对集热器性能的影响。研究结果表明:在空气质量流量为0.023 kg/(m²·s)时,双层纺织基太阳能空气集热器热转移因子和总热损系数分别为0.97和5.87 W/(m²·℃),集热性能优于同条件下单层结构集热器;进出口空气温差和集热效率随间隔丝密度的增加而增加;集热效率随空气质量流量的增加而增加,当空气质量流量为0.037 kg/(m²·s)时,间隔丝密度为36根/cm²的集热器集热效率为0.64。     

复合抛物面聚光太阳能加湿除湿脱盐系统研究

为提高装置热利用效率,减少外部换热环节减少热损失、减少盐垢、提高集热器使用寿命,研究一种利用复合抛物面聚光器（CPC）为系统供能,建造小型太阳能海水淡化系统。实验研究发现：在系统稳态条件下,系统产水量一天可达7908 g,最高小时产水量在12:00达861 g/h,脱盐率达99.9%以上,瞬时系统装置性能GOR（gained output ratio）最高为1.14,最高瞬时有用能为1114.9 W,在太阳辐照度达到最高1072 W/m²时,此时加湿箱湿度达到最大湿度为97%,11:30—16:00加湿箱湿度一直在90%以上。     

基于GO/PI/PTFE复合薄膜的热空气吹掠型太阳能界面蒸发效率实验研究

为了提高太阳能界面蒸发的蒸发效率,从改变结构设计和光热材料两个方面出发,设计了一种热空气吹掠型太阳能界面蒸发装置。该蒸发装置利用平板型太阳能空气集热器产生的高温空气吹过蒸发表面,加速界面蒸发;同时利用氧化石墨烯的性能优势,制备了氧化石墨烯/聚酰亚胺/聚四氟乙烯膜(GO/PI/PTFE)复合薄膜作为光热材料,以提高装置蒸发效率。最后通过实验对该蒸发装置的性能进行分析验证。研究结果表明：制备得到的GO/PI/PTFE复合薄膜具有更强的光吸收能力,且亲水性能更佳。在蒸发表面吹入速度为4 m/s、温度为65℃的热空气,太阳辐照度为1000 W/m²的条件下,在1800 s时,采用GO/PI/PTFE复合薄膜但无热风吹掠的蒸发装置对应的蒸发速率为1.22 kg/(m²·h),与纯水蒸发装置相比,蒸发速率提高了3.2倍,蒸发效率提高了59.5%;热空气吹掠型太阳能界面蒸发装置的蒸发效率为88.0%,高于纯水蒸发装置和无热空气吹掠的蒸发装置,与纯水蒸发装置相比,其蒸发速率提高了5.5倍,蒸发效率提高了68.0%。热空气吹掠可以提高蒸发量,进而提高蒸发装置的...     

全光谱碳基陶瓷纤维及其在海水淡化中的应用

[目的]为了缓解环境污染及淡水短缺等全球性问题,提出了一种将绿色可再生太阳能转换为热能用于海水淡化的环保技术,设计了一种具有全光谱吸收能力的新型纤维膜蒸发器。[方法]首先,采用静电纺丝工艺制备纳米级C@TiO₂纤维膜生坯,随后在800℃原位碳热还原2 h制备了深黑色的碳基陶瓷C@Ti₄O₇光热转换材料。[结果]研究结果表明:由于C元素和Ti³⁺的掺杂以及氧空位缺陷的存在,C@Ti₄O₇纤维膜具有远低于W-TiO₂的带隙,能够很好地吸收波长在200～2500 nm的太阳光。当光照强度为1kW/m²时,C@Ti₄O₇纤维膜表面温度能够快速上升至74.55℃,漂浮在空气-海水界面处能够使海水的蒸发速率达到1.55 kg/(m²·h),其光热转换效率高达90.68%。当光照强度为5 kW/m²时,蒸发器能够产生高达460 mV的电信号...     

基于现场实测的宁夏太阳山地区太阳能资源特征分析

利用实地观测站及参证气象站地面气象观测资料,对宁夏太阳山地区水平面太阳总辐射年、季、逐日、逐时变化特征、直接辐射、散射辐射、斜面辐射分布特征进行分析;通过参证气象站代表年与季节相关方程订正出太阳山地区代表年并对其进行年际变化、季节变化特征分析。结果表明:太阳山地区实测观测年总辐射为1712.3 kWh/m²,年均直射比为0.61,光伏发电最佳倾角为37°,400 W/m²以上辐照度区间占比77%,有利于光伏发电;近30年年总辐射在1628.6～1905.1 kWh/m²之间,总体呈明显减少趋势,四季的总辐射差异较大,夏季最大,冬季最小;代表年总辐射为1716.4 kWh/m²。     

三效管式太阳能海水淡化装置性能分析

设计制造了一种三效管式太阳能海水淡化装置,对该装置进行了产水性能试验,给出了产水率、累计产水量随时间变化的曲线。试验结果表明,在全天累计辐照量为22.09 MJ/(m2·d)的情况下,装置全天累计产水量为2.48 kg。文章重点研究了系统的传热传质机理,构建了理论模型,利用数值计算软件Matlab对装置进行了性能分析,得到了装置的各级产水率、总产水量等数据。比较计算结果和试验结果表明,两者最大误差只有11%,说明所建立的理论模型是比较准确的。     

基于平板热管阵列的热激活主动保温墙体实验研究

针对太阳能等低温热源的被动传输与建筑利用问题，提出一种基于平板热管阵列的热激活主动保温墙体，测试热管倾角与热源温度对其能量传输性能影响，对比热激活主动保温墙体与普通节能墙体热工性能差异。结果表明：蒸发段施加低温模拟热源后，热管实测有效导热系数为4400～35400 W/(m·℃)；主动保温情景下可降低热管倾角以提升有效导热系数，辅助功能情景下可提升倾角以达类似目的；低温热源注入可显著提升墙体热工性能，热源温度为25、35℃时，墙体实测U值由基准值0.50 W/(m²·℃)分别降至0.19和-0.08 W/(m²·℃)。