场协同太阳能海水淡化系统关键技术研究

发布时间：2020-05-10 19:48

【摘要】：太阳能海水淡化技术既利用储量多分布广泛的海水来制备人类正常生产生活所需的淡水，又利用太阳能这一清洁、可再生资源来降低燃料、电力等的使用，因此对太阳能海水淡化技术的研究具有理论和实际的经济意义。场协同作用广泛存在于自然界和实验过程中，由最初的速度场与温度场协同延伸到各种其他的场的协同作用，因为它在传热传质过程中具有的特性与共性的特点，让科研人员对传热传质过程的微观层次的研究有了进一步的发展。目前对利用场协同作用强化海水淡化蒸发过程的传热传质现象的研究还比较欠缺，本文利用磁场和超声波场的协同作用强化海水蒸发的传热传质过程，并从水的分子层面对蒸发过程进行了分析，进而得出场协同作用的宏观现象的部分微观解释。超声波技术的空化效应、热效应和机械效应等多种效应使其作用在液态水时，可以使水雾化成微小颗粒；磁场的洛伦兹力、电磁感应效应和与水分子键的共振效果等效应使其作用于液态水时，影响水分子氢键的排列或使其断裂。这两种场协同作用时，虽然它们的作用机理不尽相同，但是超声波技术和磁场作用都能够促进海水蒸发过程的进行。本文选择频率为1.7MHz超声波发生器和中心磁感应强度为1300Gs的铁氧体磁芯与反应槽连接搭建实验台，分别对纯水和盐度为35的模拟海水的蒸发过程进行实验研究，获得在自然蒸发、超声波作用、磁场作用和协同场作用下两种实验材料在35~70℃的温度下蒸发过程的实验数据。从实验数据和其拟合公式可以看出，场协同作用和超声波作用下纯水和模拟海水的蒸发速率远远大于磁场作用和自然蒸发，但是场协同作用的效果并没有比超声波作用明显加强，并且其对模拟海水的影响效果大于纯水的；在温度方面，随着温度的升高蒸发速率也增加。实验结果表明：超声波和磁场作用于盐水都会提高它们的蒸发速率，当它们协同作用时这个作用会有一定程度的加强，这是因为磁场作用改变了盐水内部水分子团簇的大小和分子的定向排列，使水的表面张力和黏度降低，超声波作用破坏水的表面张力，为水的瞬间蒸发提供了能量。在场协同作用强化传热传质的实验基础上，设计场协同作用太阳能海水淡化系统，对系统中的具体运行过程进行描述，并阐述影响系统热量利用率和产水量的因素，分析场协同作用下系统的经济效应，对场协同作用在太阳能海水淡化系统中的应用进行初步的论证。
【图文】：

原理图,多级闪急蒸馏,原理

根据《意见》中的关注和实际应用中的反映，在主要海水淡化方法中，对多级闪蒸法这一世界上应用最普遍的海水淡化方法，反渗透淡化法被认为是最有前途的淡化方法，和太阳能蒸馏淡化法这一最古老的海水淡化方法三种海水淡化方法进行简介。（1）多级闪急蒸馏法(Multistage Flash Distillation)多级闪急蒸馏法是在一定压力下，把经过预热的海水加热至某一温度，引入第一个闪蒸室，这个闪蒸室的压力较低，这样热海水急速汽化，这就叫闪急蒸发。产生的蒸汽在热交换管外冷凝成淡水。而留下来的海水温度降到相应的饱和温度，这个温度降低所产生的湿热，提供给闪急蒸发过程所需的汽化潜热。剩下的浓海水则进入主加热器中由来自热源的蒸汽加热后被引入各闪蒸室逐级降压，使其再闪急蒸发、在冷凝而得到淡水。图 1.2 是多级闪急蒸馏过程的原理图。在多级闪急蒸馏中，闪蒸室的个数称为技术，一般装置要几十级。

结构图,水分子,结构图,孤对电子

分子间作用力中氢键的作用更加明显。单个水分子的结构中氢和氧三个原子核是呈等腰三角形排列的，其结构如图2-1 所示。根据对水蒸气分子的测定，我们可以确定 H-0-H 键角为 104.45°，O-H距离为 0.09584nm，H-H 距离为 0.514nm。氧原子外层电子（2s22p4）经杂化与两个氢原子的两个电子构成两个 O-H 共价键及两对孤对电子。H2O 是极性分子，两个氢原子带正电，氧一侧带负电，水分子的偶极矩很大，为 1.84D（德拜，1D=3.336×10-30C·m）[26]。从图 2-1 可以看出，每个水分子都可以提供两对孤对电子，每个水分子既可表 2-5 海水的其他物理性质
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK519;P747

【参考文献】