太阳能驱动第二类吸收式热泵海水淡化系统研究

发布时间：2020-11-11 04:04

　　 淡水资源在人们日常生活和社会生产中占据着重要位置,是除能源之外的另一项重要资源。伴随着科技的进步与发展,水资源被污染、破坏,同时伴随着急剧增长的人口,对淡水的需求量越来越大,因此,海水淡化技术凸显的越来越重要,与之相关的研究也越来越多。热法是相变海水淡化方法中最常见的一种,但若通过使用二次能源等来加热,则会极大地造成能源的浪费,并且从海水中获取纯净水的成本会非常高。本文采用太阳能驱动溴化锂第二类吸收式热泵作为热法海水淡化中的加热热源,实现对淡水的获取。首先,计算了任意一天中到达地面的太阳辐射及可利用太阳能辐射,通过选定一太阳能平板型集热器模型,计算分析得到太阳能平板型集热器瞬时效率随时间变化规律。其次,研究了第二类吸收式热泵主要性能,通过改变蒸发温度、冷凝温度、吸收温度、发生温度对COP和ΔX(放气系数)的影响进行分析,发现蒸发温度和发生温度的提高会导致系统COP和ΔX的增大,吸收器热负荷也随之而增大且增大趋势在减缓;而冷凝温度和吸收温度的增大会引起COP和ΔX减小,吸收器热负荷也随之而减小且减小趋势在变大。最后,设计了一种新的海水淡化系统,新的系统由太阳能平板型集热器系统、溴化锂第二类吸收式热泵系统、海水生产系统组成。对系统各部件做了(?)分析及子系统做了热效率、(?)效率分析,分析得出太阳能平板型集热器(?)损最大为44.2 kW,太阳能平板型集热器系统平均(?)效率为0.13,第二类吸收式热泵系统平均(?)效率为0.67,海水淡化系统平均(?)效率为0.74。新的海水淡化系统利用了冷凝器的冷凝热对入口海水进行预热,并比较了有无冷凝器对入口海水进行预热对系统性能的影响,通过计算分析比较得出,使用冷凝器对海水进行预热,海水生产系统平均热效率提升了 12.9%,平均(?)效率提升了 16.2%,平均淡水产量相对提升了29.2%。当增大太阳能集热器系统中热媒水的质量流量时,第二类吸收式热泵系统启动时间推迟,输入峰值温度提前且逐渐变小,而热效率、淡水产率基本不变、(?)效率变大。当增大太阳能集热器内水媒起始温度时,对系统性能几乎没有影响,但会改变第二类吸收式热泵系统启动时间。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P747
【部分图文】：

?相变法和非相变法。相变法主要研宄的是热法，非相变法主要研宄的是膜蒸馏方??法【６］，如上图１．１所示。??１．２．１热法海水淡化技术??热法海水淡化技术一种较传统的方法，通过对海水加热蒸馏，利用海水溶液??中组分沸点不同，水蒸气逸出再冷凝得到淡水。热法海水淡化主要有多级闪蒸、??多效蒸发和压气蒸馏，方法虽各不相同但本质都是利用溶液组分沸点不同，加热??发生相变实现组分分离这一原理。??１．２．１．１?多级闪蒸（Ｍｕｌｔｉ－ｓｔａｇｅ?ｆｌａｓｈ?ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ，?ＭＳＦ）??海水通过一系列闪蒸装置，在其中蒸发实现分离。每一次闪蒸所需要的能量??都来自于前一次水蒸汽冷凝所释放出的能量［７］。多级闪蒸装置提供了世界上大约??２５％?的水１８１。??多级闪蒸装置有一系列的空间称为“级”，每个空间包含一个热交换器和一??个冷凝水收集器。该装置有冷端和热端，而中间级具有中间温度，这些级在不同??的温度下对应的不同压力

每个级重复使用来自前一级的热量，在每个级之后连续降低温度和压力。另外，??在级与级之间，水蒸气使用部分热量来预热进入的海水。??如下图１．３所示是多效蒸馏装置示意图，第一级在顶部，粉色区域是蒸气，??浅绿色区域是给水，深绿色区域是冷凝水。??■?Ｉ，＂丨丨Ｉ丨丨－Ｉ丨丨丨，丨議ｍｍ??－ｔ＝＝＾＝＾??ＥＣ??ｎ?■?？！?Ｉ??ＨＥ?］??｜丨丨｜丨丨丨■?—＞?Ｐ??ＶＣ??．?????图１．３多效蒸馏装置??Ｆ－给水入口?Ｓ－热蒸汽入口?Ｃ－热蒸汽出口?Ｗ－冷凝淡水出口?Ｒ－浓盐水出口?Ｏ－冷却剂入口??Ｐ－冷却剂出口??多效蒸馏装置可被视为由管壁隔开的一系列封闭空间组成，一端为热源，另??一端为散热器。每个空间由两个连通的子空间组成：第《级管的外部和第??（？＋１）级管的内部。每个空间的温度和压力都低于上一空间，并且管壁温度为??介于两侧流体温度之间的中间温度。空间压力也是不与两个子空间壁温度平衡的??中间压力。在第一子空间中因压力太低或温度太高，而海水蒸发，在第二子空间??中，又因压力太高或温度太低致使水蒸气冷凝，从而将蒸发能量从温度较高的第??一子空间传递到温度较低的第二子空间，在第二子空间，能量通过管壁传导到较??冷的下一个空间。??多效蒸馏装置有许

??该分压差是两个边界表面之间的温差的结果。如下图１．４所示，从图中可以看出，??膜的一侧带有热流，另一侧带有冷却的渗透流，通过膜的温差通常在５到２０Ｋ之??间，传递出一个分压差，确保膜表面产生的水蒸气跟随压降，渗透通过孔并冷凝??在冷却器侧。???ｖ??。４?賴：―??Ｈ?…倒—一??Ｍｅｍｂｒａｎｅ?；；ｚｚｚ??／?＇ｕ／＞??????ｉ?????ｐｈ？ｆｓ?．ｒｚｒｊｐｉ?ｐＦ＝＝＝：?ｐｋａｉｔ?????：????－■－■■■－－—：：？?｜｜ｉ?＇?－：：：．：?－?：〇???Ｓｇｇ?．．．．．．?．?＇?Ｊ?ｇ￣ｚ￣??—－?；——???■？－－？■〇＞?．．－???????图１．４疏水膜上的毛细作用??有许多不同的膜蒸馏技术，区别于它们的馏出物通道的排列或该通道的操作??方式，主要有以下四种：??（１）直接接触膜蒸馏（ＤＣＭＤ）??冷却水??？——????热料液?????？??直接接触式（ＤＣＭＤ）??图１．５直接接触式膜蒸馏原理??如上图１．５所示在直接接触膜蒸馏中，膜的两侧充满蒸发器侧的液态热水和??渗透侧的冷却渗透物。透过膜的蒸汽冷凝在膜边界表面的液相内部，由于膜是阻??挡质量传递的唯一屏障，因此直接接触膜蒸馏可以实现相对较高的渗透流［２Ｇ］。缺??点是高显热损失
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本文编号：2878716