多场辅助太阳能露点蒸发海水淡化关键技术研究

【摘要】：超声波作用于液态水时的空化效应等作用可使水雾化成微小颗粒，增加分子内能，强化传热传质；电场、磁场作用将影响氢键的排列或使其断裂，改变水的物理、化学性质，促进传递过程。将多场作用应用到太阳能海水淡化过程，提高热、质传递系数，弥补该方法能量消耗高、产水量低的不足，加速其规模化使用。 本文采用频率为1.7M Hz的超声波发生器、中心磁感应强度为1300Gs的铁氧体磁芯和1.5V电压与反应槽连接搭建实验台，分别对盐度为0、15、20、2、25、30、35的模拟海水进行蒸发过程实验研究，获得在单场和多场组合作用下海水温度范围为35~70℃内的实验数据。 实验结果表明在外场作用下不同盐度海水的蒸发速率均高于自然状态，说明此三种场都对海水蒸发有促进作用，而且多场作用效果更为显著。温度是影响蒸发速率的主要因素，但盐度对不同外场或组合下海水蒸发速率的影响效果不尽相同。自然状态、超声波、磁场作用下蒸发速率随盐度增大而下降，而在电场作用下则相反，此外多场共同作用时并无规律性影响。为进一步判断何种情况对蒸发最有利，将蒸发速率与温度和盐度进行多元线性拟合，得到相应的蒸发速率表达式。再对比相应的蒸发比，可以看出在本实验条件下超声波+磁场作用效果最好。 露点蒸发淡化技术由增湿—去湿淡化方法发展而来，是一种新的淡化技术。它是以空气为载体，通过用海水对其增湿和去湿来制得淡水。而与传统的增湿一去湿淡化不同的是，露点蒸发淡化技术通过热传递将冷凝过程与蒸发过程直接耦合起来，连续地直接将冷凝潜热传递到蒸发室，为蒸发盐水提供汽化潜热，大幅度提高过程的热利用效率。露点蒸发淡化技术具有投资小、效率高、工作条件温和、设备不宜结垢、原料水预处理要求低、可以利用低位热能等独特优势。将实验结果应用到露点蒸发海水淡化方法中，设计出多场辅助太阳能露点蒸发海水淡化装置，利用超声波和磁场强化传热传质过程，以提高太阳能利用率和系统效率。 针对装置工作流程，列出蒸发室增湿过程、冷凝室散热过程及冷凝室与蒸发室换热过程的热量平衡和质量平衡方程，建立露点蒸发海水淡化过程的传热传质微分方程组，为系统的设计计算提供理论依据。 【关键词】：水分子团簇 超声波 磁场 电场 露点蒸发
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：P747
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 太阳能海水淡化12-17
• 1.2.1 海水淡化技术12-14
• 1.2.2 太阳能海水淡化14-16
• 1.2.3 太阳能露点法海水淡化16-17
• 1.3 研究内容17-18
• 第二章 纯水及海水性质18-25
• 2.1 纯水特性18-21
• 2.1.1 水中氢键18-19
• 2.1.2 水分子团簇19-20
• 2.1.3 改变水分子团簇结构的方法20-21
• 2.2 海水的性质21-22
• 2.2.1 基本组成21
• 2.2.2 海水氯度和盐度21-22
• 2.2.3 海水表面张力22
• 2.2.4 海水状态方程22
• 2.3 盐离子对水结构的影响22-24
• 2.3.1 黏度系数23
• 2.3.2 分子结构23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 超声波及电、磁场作用25-33
• 3.1 超声波作用25-27
• 3.1.1 作用机理25-26
• 3.1.2 海水淡化中的应用26-27
• 3.2 磁场作用27-29
• 3.2.1 对水性质的影响27-28
• 3.2.2 机理浅析28-29
• 3.2.3 海水淡化中的应用29
• 3.3 电场作用29-32
• 3.3.1 对水性质的影响30
• 3.3.2 机理浅析30-31
• 3.3.3 海水淡化中的应用31-32
• 3.4 本章小结32-33
• 第四章 多场作用海水蒸发实验33-58
• 4.1 实验设计33-38
• 4.1.1 实验设备及系统33-35
• 4.1.2 实验条件及设计参数35-36
• 4.1.3 实验步骤36-38
• 4.2 实验结果与分析38-55
• 4.2.1 单场作用对蒸发速率的影响45-48
• 4.2.2 多场作用对蒸发速率的影响48-50
• 4.2.3 同盐度不同外场作用下蒸发速率对比50-53
• 4.2.4 曲线拟合分析53-55
• 4.2.5 蒸发比对比55
• 4.3 实验误差分析55-56
• 4.4 本章小结56-58
• 第五章 多场辅助露点法海水淡化系统设计58-64
• 5.1 露点法海水淡化系统58-59
• 5.2 系统数学模型59-63
• 5.2.1 基本方程60
• 5.2.2 模型推导60-62
• 5.2.3 中间参数确定62-63
• 5.3 本章小结63-64
• 第六章 结论与展望64-66
• 参考文献66-71
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作71-72
• 致谢72

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