太阳能蒸馏器非稳态传热传质问题的研究

建立了太阳能蒸馏器的非稳态物理数学模型,对其进行了传热、传质问题的研究,分析结果与试验结果吻合较好。结果表明:海水蒸发是海水温度和△T共同作用的结果。温度差是驱动海水蒸发的动力,水温对水表面蒸发有重要影响。在任何温度下,表面蒸发都可进行,但对蒸馏器来说,只有水温超过40℃,且△T为正值时,才有显著的蒸发,收到可观的淡水。高峰产水区主要在下午与傍晚时段,此时段占整个昼夜的比例不大,但是其对日产水量的贡献却是主要的。随着海水深度的增加,瞬时产水量白天减少,晚上增加,日产水量减少;当水深大于10cm时,日产水量变化不大;随着环境风速的增加,瞬时产水量白天增加,晚上减少,风速对日产水量的影响很小,但强风使日产水量有所下降。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

海岛小型太阳能海水淡化装置及产水量影响研究

以所研制的可用于海岛景观生态修复的小型太阳能海水淡化装置为研究对象,通过实地测量的方法,对装置性能及产水量影响因素进行了研究。结果表明:装置室内海水温度与透光面板内壁面温度之差ΔT是海水蒸发产水主要影响因素。在任何装置室内温度下,海水表面蒸发都可进行,但只有当ΔT为正值的时间段内,才可有效的产生淡水。装置内海水深度对产水效率具有影响,在本研究中,水深较浅时,产水量差异不大,但水深较大时,随着水深的增加,产水量增加。装置覆盖面板材质对产水量有一定影响,试验研究表明,相比普通玻璃面板,有机玻璃盖板有利于提高产水量。装置内增加黑色海绵等吸热物质,将起到延缓池内水温下降的效果,有利于显著提高产水量。     

适用于西藏的太阳能空气集热器的研发

太阳能建筑供暖技术的研发在太阳能资源丰富的西藏自治区(下文简称为“西藏”)等地区具有潜在的实际应用价值。研发设计了一种太阳能空气集热器,并制造了该太阳能空气集热器样机;然后在拉萨市自然太阳光条件下(测试当日的太阳辐照度在161.8～1588.0 W/m²之间,均值为1316.3 W/m²),太阳能空气集热器采用跟踪太阳模式时对其集热性能进行了测试。测试结果表明：该太阳能空气集热器的进风口空气温度(即环境温度)均值为22.45℃,经过太阳能空气集热器被太阳辐射加热后,可产出温度在51～85℃之间、风量为150 m³/h的热空气,出风口空气温度均值达到68℃,最高值接近拉萨市水的沸点(86℃),表明该设备的集热效率高。研发设计的太阳能空气集热器在集热性能上具备实际应用价值。     

一种聚光光伏-光热耦合海水淡化系统的设计

设计了一种聚光光伏-光热(C-PV/T)耦合海水淡化系统,将常规闪蒸与多效蒸发相结合,利用C-PV/T提供海水淡化过程中海水蒸发所需的热能与动力部件所需的电能,解决了传统海水淡化过程需消耗大量常规能源及产水量相对较低的问题;并研究了光伏组件表面温度、槽式抛物面聚光器的聚光倍数、海水流量和海水的出口温度光伏组件发电功率、海水热量及淡水产量的影响。研究结果表明:在槽式抛物面聚光器的聚光倍数为40倍、海水流量为0.40 kg·s~(-1)时,海水出口温度为78℃,此时系统的产水量较高且经济性好。     

一种回收蒸发潜热太阳能蒸馏装置的研究

对一种回收蒸发潜热的太阳能蒸馏装置进行了研究.结果表明,太阳辐照度、冷凝器冷却海水流量和蒸发器入口海水温度是影响系统性能的主要因素,当冷凝器冷却海水流量为45 l/h,蒸发器入口海水温度为75℃时,系统具有较大的淡水产量和合适的系统GOR值.     

热空气式加湿除湿海水淡化装置研究

基于喷淋水自循环与太阳能加热空气的方法,设计一种加湿除湿型海水淡化装置。首先对装置的结构及原理进行说明,然后对装置各部分的能量平衡进行分析,最后实验研究装置集热及产水性能。从实验结果可知,淡化装置所匹配的太阳能空气集热器效率在37%～50%之间,在循环风量为164.21 m~3/h、海水喷淋速率为971 kg/h以及淡水喷淋速率为896 kg/h的条件下,装置最大半小时产水量为2.2 kg。此外,研究结果显示,因喷淋水自循环,喷淋速率的变化对装置产水量的影响较小。     

不凝气体对竖管太阳能海水淡化装置性能的影响

针对太阳能海水淡化装置内不凝气体抑制气水混合物冷凝换热的问题,设计一种竖管太阳能海水淡化装置,通过分别填充氦气和空气作为蒸发冷凝腔工作介质,研究2种不凝气体对装置产水速率、蒸发冷凝温差、热扩散系数以及竖直温度梯度分布等性能的影响机理。结果表明,该淡化装置加热温度为80℃时,填充氦气的装置产水速率为245 g/h,比填充空气的装置产水速率增加15%,填充氦气的装置上测点温度与下测点温度相差约0.1℃,基于试验数据给出不凝气体为氦气运行条件下装置内Nu与Ra的经验关联式,二者呈指数函数关系,决定系数为0.9926。     

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%。     

低温多效蒸发海水淡化系统的变工况性能分析

建立了低温多效蒸发系统在变工况运行条件下的数学模型,分析了加热蒸汽温度、加热蒸汽流量和供入海水流量对系统的蒸发产物负荷率和单位蒸发产物热耗率的影响,探讨了各效蒸发器中海水的温度和浓度的变化与装置结垢问题的关系。结果表明,在控制结垢发生的前提下,即盐水浓缩比不超过2.5、顶值盐水温度低于75℃时,降低供入海水流量、增加加热蒸汽流量和提高加热蒸汽温度有利于系统运行。     

一种回收蒸发潜热太阳能蒸馏装置的研究

对一种回收蒸发潜热的太阳能蒸馏装置进行了研究。结果表明，太阳辐照度、冷凝器冷却海水流量和蒸发器入口海水温度是影响系统性能的主要因素，当冷凝器冷却海水流量为４５ｌ／ｈ，蒸发器入口海水温度为７５℃时，系统具有较大的淡水产量和合适的系统ＧＯＲ值。     

太阳能空气取水管实验研究及应用分析

利用空气制取淡水是一种解决沙漠地区缺水问题的方法。太阳能空气取水管是一种淡水制取装置,该装置采用13X沸石吸附剂吸附空气中的水蒸气,并利用太阳能进行脱附以获得淡水。实验研究发现:当环境温度为18～32℃,相对湿度为50%～80%,太阳辐射量为17.1～21.0 MJ/(m~2·d)时,太阳能空气取水管中心的最高、最低温度分别约为230,40℃,其吸附床内吸附剂的最高、最低温度能够满足白天脱附和夜间吸附的温度要求;单支太阳能空气取水管可以制取91～113 mL液态淡水;将20支太阳能空气取水管组成一个单元,每个单元每天可以制取约2 L的液态水。     

太阳能双吸收式热变换器系统的热力性能研究

建立了一种太阳能双吸收式热变换器的数学模型,研究了设计工况以及不同环境因素影响下的系统热力性能,分析了太阳辐射强度、环境温度、集热温度、吸收/蒸发温度和温升对系统热效率和制热功率的影响。研究结果表明:系统存在最佳的吸收/蒸发温度;辐射强度增加时系统性能明显提高,辐射强度从0.3 k W/m2变化到1.0k W/m2时,系统热效率提高了10.9%,制热功率增加了10.6倍;随环境温度或集热温度的升高,系统性能呈现了先升后降的趋势,在环境温度为26℃或集热温度为82℃时,系统性能分别达到最佳;最佳集热温度随着辐射强度的增大和环境温度的升高呈升高趋势。