热泵式海水淡化系统实验研究

本文将蒸发式冷凝器应用到热泵式海水淡化装置中，构建了新的系统，并测试该海水淡化装置的性能。在其他参数不变的情况下，研究海水入口温度、海水喷淋量、蒸发式冷凝器侧出口湿球温度对淡水产量的影响，从而为热泵式海水淡化装置的设计提供参考。     

10t/d船用板式蒸馏海水淡化装置性能测试与模拟计算

建立了一套船用板式蒸馏海水淡化装置试验测试平台,对10 t/d淡化装置进行了性能测试,在测试所采用的海水及热水流量下,热水温度由59℃升高至83.77℃,淡水产量由400 L/h提高至550 L/h,进一步提高热水温度,淡水产量提高趋于平缓,操作时热水温度不宜超过85℃;随热水流量的增大,淡水产量呈现先升高后降低趋势;海水入口温度升高造成冷凝器中传热温差降低,真空度降低,产水量下降;海水流量是制约海水淡化装置真空度的关键因素,作为真空喷射泵的驱动水,当海水流量低于一定值时,淡化机真空度急剧下降,几乎不能出水。对板式蒸馏海水淡化装置进行了理论模拟,模拟结果与试验测试数据吻合良好。     

基于低温蒸馏-喷雾蒸发集成工艺的海水淡化

考察了利用低温蒸馏-喷雾蒸发集成工艺进行海水深度淡化的可行性,使用喷雾蒸发技术深度浓缩蒸馏淡化过程排出的浓盐水,并将余热用于驱动蒸馏过程。考察了蒸馏柱进液量、浓盐水喷雾量、加热空气温度及流速对淡水产量的影响。结果表明,较高的加热空气温度有利于淡水产量的提高,而为获得较高的淡水产量,加热空气流速、浓盐水喷雾量以及蒸馏柱进液量则应控制在一定的范围之内,即10—15 m3/h,0.4—0.6 kg/h和0.8—1 kg/h。对于该集成装置,蒸馏柱淡水产量、总淡水产量及淡水产量与输入淡化系统的蒸汽当量之比(造水比)分别可达5 kg/(h.m2),1 kg/h及1.2,回收率可以达到70%以上。     

太阳能闪蒸-多效蒸发海水淡化系统研究

针对传统太阳能海水蒸馏淡化方法,综合多级闪蒸和多效蒸发两种系统的优点,设计制造了具有一效蒸发器的太阳能闪蒸-多效蒸发海水淡化装置,并对该装置进行了试验。试验结果表明,系统在海水温度为68~78℃范围内正常运行,具有较高的日产水量,系统达到稳定的时间较短。在闪蒸压力0.014 MPa,蒸发压力0.004 0 MPa条件下,最高海水温度为78℃时,系统产水量为56.30 kg/d,16 min就可以稳定。系统压力不变时,最高海水温度变化,而系统内部温度不变,比较适合太阳能热源不稳定情况。     

板式蒸发式冷凝器热工性能实验

对影响板式蒸发式冷凝器热工性能的主要因素——空气的湿球温度、冷凝温度、相对湿度做了实验研究。结果显示：冷凝温度和冷凝压力均随着入口空气湿球温度的升高而升高;入口空气相对湿度对压缩机功耗的影响与湿球温度对压缩机功耗的影响均比较大;对基于同一压缩系统的实验比较表明,在冷凝温度为38℃时,板式蒸发式冷凝器的热流密度比管式蒸发式冷凝器平均大30.5%;且在相同的冷凝温度下,入口空气湿球温度越低,板式蒸发式冷凝器的热流密度比管式蒸发式冷凝器大得越多。     

气体再压缩式增湿去湿高盐废水淡化装置的建立与模拟

在增湿去湿法(HDH)高盐废水淡化的基础上耦合了MVR法,建立了一种新型的气体再压缩式增湿去湿高盐废水淡化装置。该系统是兼具气体循环和高盐废水循环的双循环系统,整个系统为零排放。通过Aspen Plus软件搭建该装置相关模型,分别模拟不同工艺操作参数对系统能效比和浓缩比的影响。当控制增湿塔进口空气温度为30℃、质量流量为1 900 kg/h、增湿塔进口水温度为90℃、进口水质量流量为15 t/h(水气比为7. 9)、循环水箱补充水质量流量为1 500 kg/h(25℃)、气体压缩比为1. 2时,系统效能比达到16. 3,浓缩比达到1. 64。     

外驱旋转式能量回收装置的设计和性能测试

旋转式能量回收装置（RERD）作为反渗透海水淡化系统的节能设备,对于降低系统能耗和产水成本具有重要意义。设计和加工了一套新的外驱旋转式能量回收装置,建立了满足其性能评测要求的一套完整的反渗透海水淡化系统。当装置的性能很好地满足工业化运用需求时,对RERD与反渗透淡化系统的耦合运行性能进行了现场测试。实验结果表明：反渗透膜的操作压力为6.0 MPa、RERD的处理量为13 m³/h及转子转速为500 r/min时,装置的泄漏量为0.57 m³/h,能量回收效率达到91.2%。保持反渗透膜的操作压力和装置转速不变,当装置的处理量为16 m³/h时,进出RERD的4股流体的流量和压力波动较小,装置的能量回收效率略有提高,达到92.5%。     

高强度PVDF/CB/PDMS复合薄膜的制备以及光热性能研究

通过浸渍喷涂法制备了聚偏二氟乙烯/炭黑/聚二甲基硅氧烷（PVDF/CB/PDMS）复合光热薄膜，并对其光热转换性能、蒸发性能以及循环性能进行了研究。结果表明：PVDF/CB和PVDF/CB/PDMS均可以吸收90%的太阳光，表面温度达到48℃。PVDF/CB-0.25/PDMS上层疏水下层亲水结构可以有效提高蒸发性能，1 h内蒸发量达到1.89 kg/m2。在模拟海水淡化实验中，PVDF/CB-0.25/PDMS的蒸发量达到1.82 kg/m2。PDMS的加入，使PVDF/CB-0.25/PDMS在多次循环下仍能保持稳定的蒸发性能，增加经济效益。因此，制备的PVDF/CB/PDMS光热膜可以有效地用于海水淡化领域。     

直热式太阳能海水淡化系统试验研究

针对间接式太阳能海水淡化方法,综合多级闪蒸和低温多效两种系统的优点,设计制造了具有一效蒸发器的直热式太阳能海水淡化试验装置,并对该系统进行了试验,给出了系统在不同闪蒸压力、蒸发压力和最高海水温度下的产水量和性能系数.试验结果表明,系统运行稳定,具有较高产水量和性生能系数.在闪蒸压力0.009MPa,蒸发压力0.004MPa条件下,最高海水温度70℃,产水量达到56.38kg·d,-1性能系数为5.68.文中还对闪蒸压力、蒸发压力和最高海水温度对系统产水量和性能系数的影响进行研究分析.     

两级增湿除湿热泵海水淡化系统研究

为提升增湿除湿海水淡化装置性能，提出一种两级增湿除湿热泵海水淡化系统，由二级增湿器回收利用一级增湿器排出的海水余热，改善海水与湿空气热质交换效果。利用Aspen Plus仿真软件分别建立了一级增湿和两级增湿的热泵海水淡化系统模型，针对不同进料海水温度和液气质量比以及热泵制冷剂流量进行多工况仿真研究，根据仿真结果的对比分析，总结得出：随着进料海水温度和液气质量比的增加，两级增湿系统的回收率和造水比均是优于一级增湿系统，且两级增湿系统达到最佳系统性能所需进料海水的温度和循环空气的流量要低于一级增湿系统，表明热泵两级增湿除湿海水淡化技术具有较大的性能提升和广阔的应用前景。     

Experimental study of a multiple-effect humidification solar desalination technique

The object of this research is to experimentally investigate the principal operating parameters of a new desalination process working with an air multiple-effect humidification-dehumidification method. A test set-up was designed and constructed to carry out and optimize this technique. The main parts of the present set-up consist of a heat equipment device (heat exchanger), a spray humidifier and a dehumidifier system. This equipment was used to simulate the seawater desalination process experimentally with an eight-stage air solar collector heating-humidifying system. The outlet temperature of the air solar collector was correlated for use in the desalination process as a solar heating device. The operating conditions studied were: ratio of water to dry air mass flow rate through the system, humidifier inlet absolute humidity, dry air mass flow rate through the system and solar irradiation or humidifier inlet air temperature. The experimental results obtained were used to put stress and correlate the influence of the different operating conditions on the behavior of the eight-stage air heating-humidifying desalination process. The ratio of water to dry air mass flow rates was optimized, precisely 45%. The value of dry air mass flow rate through the system can be also varied with solar radiation in order to have a maximum of humidity content at the end of the system and though working in an adiabatic humidification process.     

Theoretical and experimental investigation of humidification-dehumidification desalination unit

A theoretical and experimental investigation of humidification-dehumidification desalination system is presented. The system is based on an open cycle for water and a closed cycle for the air stream. The air is circulated either by natural or forced circulation. The system modeling is based on various heat and mass balance equations and their numerical solution. The effect of operating parameters on the system characteristics has been investigated. An experimental test set-up has been fabricated and assembled. The set-up has been equipped with appropriate measuring and controlling devices. Detailed experiments have been carried out at various operating conditions and using several packing materials. The heat and mass transfer coefficients have been obtained experimentally and fitted in forms of empirical correlations.The results of the investigation have shown that the system productivity increases with the increase in the mass flow rate of water through the unit. Water temperature at condenser exit increases linearly with water temperature at humidifier inlet and it decreases as water flow rate increases. The higher water temperature at humidifier inlet or water flow rate, the higher is the air temperature and humidity ratio at condenser inlet and exit. A maximum productivity of 5.8 liter/h has been obtained using wooden slates packing and with forced air circulation. No significant improvement in the performance of the desalination unit has been achieved by forced circulation of air at high water temperatures. The average relative deviation of theoretical predictions from measurements is (− 0.9%) in the air temperature at condenser inlet, (3.8%) in the humidity ratio at condenser exit and (− 1%) in the water temperature at condenser exit.     

多级喷雾闪蒸海水淡化系统性能分析及响应面优化研究

喷雾闪蒸技术因其能耗低、分离效果好、冷却能力高的特点成为解决淡水资源紧缺的有效方法之一。在喷雾辅助低温脱盐技术的基础上,展开系统内部热和质量平衡的热力学计算,研究喷雾闪蒸系统运行级数和顶值盐水温度对闪蒸效果的影响。研究结果表明,更高的顶值盐水温度可以显著提高生产效率,当顶值盐水温度为363 K时,生产率为3.325 kg/s,性能比为0.627。采用响应面法对喷雾闪蒸系统进行优化,确定系统的最佳运行条件以及各响应的模型关系,获得系统淡化的最佳参数：顶值盐水温度343 K,海水进口流量10 kg/s,冷却水进口温度303 K,冷却水进口流量9.5 kg/s。     

基于热管传热的盐水真空分离

将热管高效传热和高压喷雾技术应用于单级真空蒸发器,对含盐量3%的人造海水进行试验,结果表明:热管吸收40～80℃的低品位热源热量并以高热通量传递给闪蒸后的液滴,能保持甚至提高液滴蒸发过程的过热度,显著增大水分离率;冷热源温度取代初始过热度成为影响分离效果的主要因素,但要避免干壁现象;改变冷热源温度、初始过热度及流量能实现对分离率的调节。该方法对低品位热源在海水淡化工程中的有效利用、提升单位体积装置淡水产量和制取浓盐水均有重要参考价值。     

几种热泵式海水淡化装置的性能比较研究

对利用蒸发器和冷凝器作为海水淡化系统的冷、热源的热泵式海水淡化装置,通过数学建模、实验研究、理论计算和数值模拟等方法,比较了蒸发式冷凝器、水冷式冷凝器及空冷式冷凝器作为热泵冷凝器时的性能参数和电耗率,得出采用蒸发式冷凝器的水处理设备不仅热泵系统性能系数(5.535)明显提高,而且海水淡化系统的电耗率(0.191W/kg)明显降低。     

Performance analysis of a new type desalination unit of heat pump with humidification and dehumidification

Desalination with humidification and dehumidification process is deemed as an efficient and promising means of utilizing the condenser and evaporator of heat pump to produce freshwater from seawater. This paper presents a new type desalination unit driven by mechanical vapor compression pump which was designed and fabricated by the Institute of Air-Conditioning & Solar Energy of the Northwestern Polytechnical University. The unit utilized the heat from condenser and the cold from evaporator of heat pump adequately, and reclaimed most latent heat. The air, firstly, was humidified in the humidifier with the alveolate structure, and then was cooled in the precondenser and the evaporative condenser to produce freshwater. A mathematical model of the unit is presented, in which the hydrokinetics method was used to study the flow and the heat and mass transfer inside the alveolate humidifier. The effects of some of the operation such as flow rates, temperatures of cooling water and air, and etc., were studied in detail. The comparison between the numerical and experimental results was accepted. The desalination unit that is considered in the study produces freshwater 60 kg/day with the less electric power that is 500W and is proven to be an efficient desalination device to obtain freshwater.     

有机朗肯循环发电系统变工况运行的实验研究

受余热热源及环境温度不稳定特性的制约,有机朗肯循环（ORC）发电系统在实际应用中需要有较强的变工况能力。本文以R245fa为工质,实验研究了在不同冷热源温度时,ORC系统在相同负载容量及膨胀机转速下的变工况运行特性及各部件实际性能。实验结果表明：热源温度主要决定了膨胀机的入口温度及过热度。随着热源温度的降低,膨胀机内部泄漏量变大,其等熵效率变低,单位质量工质做功能力变差,维持膨胀机做功状态的工质质量流量增加。由于工质在蒸发器内整体吸热量变小,系统发电效率随热源温度的降低而升高。在10℃冷源温度下,热源温度从115℃下降至100℃,机组的最大发电效率从5.03%升高至5.25%。改变冷源温度,主要作用于膨胀机的进出口压力,改变了膨胀机的做功状态。降低冷源温度,膨胀机压比升高,单位质量工质做功能力变强,维持膨胀机做功状态的工质质量流量减小。但由于膨胀机过膨胀运行带来的不可逆损失增加,膨胀机的等熵效率随冷源温度降低而减小。在115℃热源温度下,冷源温度从30℃下降至10℃,系统最大发电效率从6.08%升高至7.01%。     

基于大滑移温度非共沸工质的双温冷水机组

基于大滑移温度非共沸工质(R32/R236fa)的特性,搭建了可应用于温湿度独立控制系统的新型双温冷水机组及其实验系统,该机组可获得两种不同温度的冷冻水(例如低温7℃,高温16℃)。以机组的COP、制冷量等参数为评价指标,实验研究非共沸工质中R32的质量组分比例分别为30%、40%、50%、60%时机组在不同运行工况下的性能。结果表明:当冷却水进水温度为32℃,高、低温冷冻水的出水温度分别为16和7℃时,机组COP在R32质量组分比例为60%时达到3.92;而当R32的质量组分比例为50%时,机组具有最佳的综合性能,此时机组在不同运行工况下的COP均大于3.55。通过本研究可为非共沸工质在双温冷水机组中的应用以及优化提供数据基础。     

空气源热泵结合小温差风机盘管在高效舒适供热中的应用

传统空气源热泵空调冷热水机组多采用45℃的供水温度,40℃的回水温度。降低回水温度可有效增加机组效率,但回水温度的降低会导致室内末端换热量减小,所以需采用具有更强换热能力的小温差末端,且现代建筑多配备新风机,在新风机承担部分负荷的基础上亦可通过降低回水温度来增加机组效率。实验研究表明,在满足室内热负荷的前提条件下可将回水温度降低至30℃,COP更高,耗电量更小,是高效节能的运行模式。此外,所建立的Dymola模型从理论上验证了实验结果,在此基础上可以进行实际空调系统的能耗模拟。