基于多目标遗传算法的太阳能膜蒸馏系统优化研究

发布时间：2020-11-12 09:09

　　在我国中西部偏远地区普遍存在苦咸水水质,由于地处偏远无法进行大规模淡化输送,严重影响了当地居民的健康与生活水平。膜蒸馏技术作为一种高效淡化技术,将其与太阳能技术相结合以求解决该问题,但因系统能耗较高与膜通量较小缘故未能得到广泛推广应用。因此本文以太阳能膜蒸馏系统为原型,分别搭建了自然冷却膜蒸馏系统与热电制冷膜蒸馏系统,利用响应曲面法对其分析、采用多目标优化算法对操作工况进行优化、进行光热-光电匹配分析等,并对比两种冷却系统下的各项性能。在自然冷却冷端膜蒸馏组件实验中,以热端进料温度、热端进料流量、冷端冷却水流量、膜面积作为变量,以膜通量、热效率、能耗值作为目标值进行考察。在热电制冷膜蒸馏实验中,以热端进料温度、冷端冷却水流量、热电制冷器输入电流作为变量,以膜通量、冷热端耦合匹配程度、能耗值作为目标值。按照实验设计方案进行实验,将得到的实验数据代入至拟合效果较好的支持向量机(SVR)中进行拟合,将此拟合预测模型代入至响应曲面法中进行变量与目标值间的协同分析,再将此拟合模型代入至多目标优化算法中,经过寻优运算、最优化等操作后得到最优工况。经优化后得到自然冷却膜蒸馏系统最优工况:热端进料温度为65.76℃、热端进料流量为171.56 L/h,冷端冷却水流量为194.14 L/h、膜面积为0.03 m~2、对应的目标膜通量为20.20 kg/(m~2·h)。热电制冷膜蒸馏系统最优工况为:热端进料温度为75℃、冷却水流量为698.10 L/h、制冷器输入电流为8.44 A。在此最优工况下对应目标膜通量为13.98 kg/(m~2·h)。经过验证该两系统得到的最优工况下目标值与实际值相差在合理范围之内,验证了寻优过程结果的可信性。在最优运行工况下经过光电匹配计算,太阳能自然冷却膜蒸馏系统光伏面积为1.54 m~2,太阳能热电制冷膜蒸馏系统光伏面积为4.31 m~2。经过光热匹配计算,太阳能自然冷却膜蒸馏系统集热器面积为4.22 m~2,太阳能热电制冷膜蒸馏系统集热面积为4.00 m~2。从经济、环保、节能角度考虑,太阳能自然冷却膜蒸馏系统更具有优势。从系统冷端稳定性角度考虑,宜采用太阳能热电制冷膜蒸馏系统,可更好的维持冷端温度的平衡。
【学位单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ028.31;TP18;TK519
【部分图文】：