太阳能烟囱海水综合系统中间壁冷凝换热机理的研究

【摘要】： 针对太阳能烟囱系统的特点,结合目前太阳能海水淡化系统的技术发展趋势,本论文首先提出了太阳能烟囱海水综合利用系统,并对系统的技术和经济可行性进行了理论分析。最后结合实验数据对综合系统的淡水产量进行了核算,并对冷凝器进行了初步设计。 论文主要对综合系统的间壁冷凝换热机理进行了探讨和研究。建立了竖直间壁冷凝换热小型实验系统,针对不同的温度、风速条件进行了光滑管和翅片管强化传热实验,考察了温度的轴向和径向分布,烟囱高度、集热范围、不凝性气体浓度等对冷凝能力的影响关系,以及翅片管对传热的强化效果。建立了两种光滑管传热冷凝理论模型,即衰变因子模型和扩散速率模型,考虑了不凝气体浓度、气液界面切应力和物性参数变化、液膜波动等对冷凝换热的影响。 系统性能分析结果表明,每平方米集热棚面积的淡水产量为750.05kg/(m2·a)、原盐量8.35kg/(m2·a),200m烟囱高度下风电量为1.11kWh/(m2·a),水电量为0.29kWh/(m2·a)。分析证明,饱和湿热空气中大量不凝性气体的存在对系统的淡水获取和余热利用量起控制作用。实验得出了系统稳定运行时的温度场分布和风速的理论预测公式,指出了光滑管冷凝传热效果最优的条件是高集热温度、达到风速临界值、有效冷凝效率位于波峰,并且不凝性气体对数浓度差与冷凝淡水产量呈正比关系,肯定了斜螺纹式翅片管的强化换热性能,但是却不利于淡水的收集。理论分析给出了光滑管和斜螺纹式翅片管的饱和空气冷凝换热机理。建立的理论模型属于非迭代简单模型,可以根据实验测量数据直接计算得出,都较好的表达了实验系统的冷凝淡水收集情况和饱和空气的冷凝换热情况。分析表明在本实验系统中,可以忽略冷凝液膜产生的阻力影响。本论文的研究将为系统的间壁冷凝换热提供具体的实验和理论基础,为获得最大程度的冷凝淡水找出最佳的途径。 【关键词】：太阳能烟囱 海水淡化 间壁冷凝 不凝性气体
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TK124
【目录】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 前言8-10
• 第一章 文献综述10-25
• 1.1 太阳能烟囱技术10-14
• 1.1.1 太阳能烟囱发电技术11
• 1.1.2 太阳能烟囱发电技术的发展和现状11-12
• 1.1.3 太阳能烟囱发电系统的优缺点12-13
• 1.1.4 建立太阳能烟囱综合系统13-14
• 1.2 太阳能海水淡化技术14-15
• 1.3 含不凝性气体蒸汽的冷凝换热15-23
• 1.3.1 现象及机理15-16
• 1.3.2 研究现状16-22
• 1.3.2.1 理论研究16-20
• 1.3.2.2 实验研究20-22
• 1.3.3 强化传热的研究22-23
• 1.4 论文工作的提出23-25
• 第二章 太阳能烟囱海水综合利用系统25-35
• 2.1 综合系统的提出和工作原理25-28
• 2.1.1 风力发电综合利用系统25-26
• 2.1.2 水力发电综合利用系统26-27
• 2.1.3 特殊设计27-28
• 2.2 综合系统的性能分析28-33
• 2.2.1 计算参数28-29
• 2.2.2 冷凝水产量29-30
• 2.2.3 水电量估算30-31
• 2.2.4 风电量估算31-32
• 2.2.5 原盐产量估算32-33
• 2.3 多产品系统经济性分析33-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第三章 含不凝性气体蒸汽的冷凝实验研究35-62
• 3.1 实验装置35-38
• 3.1.1 光滑管冷凝实验36-37
• 3.1.1.1 结构参数36
• 3.1.1.2 测量参数36-37
• 3.1.2 强化冷凝实验37-38
• 3.1.2.1 结构参数38
• 3.1.2.2 测量参数38
• 3.2 实验流程38-39
• 3.3 本实验特点39
• 3.4 光滑管自然拔风冷凝实验39-48
• 3.4.1 温度的场分布39-41
• 3.4.1.1 轴向温度场39-40
• 3.4.1.2 径向温度场40-41
• 3.4.2 温度对自然风速的影响41-43
• 3.4.3 冷凝水量分析43-46
• 3.4.3.1 各温度项的综合影响43-44
• 3.4.3.2 不凝性气体浓度的影响44-46
• 3.4.4 实验冷凝换热系数的简单计算46-48
• 3.5 光滑管强制风冷凝实验48-56
• 3.5.1 温度的场分布48-51
• 3.5.1.1 与自然风对比下的温度场48-49
• 3.5.1.2 不同水浴温度下的温度场49-50
• 3.5.1.3 不同风速条件下的温度场50-51
• 3.5.2 冷凝水量分析51-55
• 3.5.2.1 风速的影响51
• 3.5.2.2 温度的影响51-52
• 3.5.2.3 不凝性气体浓度的影响52-54
• 3.5.2.4 蒸发水分的有效冷凝效率54-55
• 3.5.3 实验冷凝换热系数的简单计算55-56
• 3.6 强化冷凝实验56-60
• 3.6.1 温度场分布57
• 3.6.1.1 轴向温度场57
• 3.6.1.2 径向温度场57
• 3.6.2 强化冷凝效果分析57-58
• 3.6.3 强化换热机理分析58-59
• 3.6.4 强化换热系数简单估算59-60
• 3.7 本章小结60-62
• 第四章 含不凝性气体蒸汽的冷凝理论研究62-77
• 4.1 不凝性气体－水蒸汽冷凝换热机理62-63
• 4.2 衰变因子模型63-71
• 4.2.1 模型介绍63-65
• 4.2.2 实验模型建立65-71
• 4.3 扩散层理论模型71-75
• 4.3.1 冷凝速率71-73
• 4.3.2 总传热系数73-75
• 4.4 综合系统的性能验证和初步设计75-76
• 4.5 本章小结76-77
• 第五章 结论和展望77-79
• 5.1 结论77
• 5.2 展望77-79
• 参考文献79-87
• 发表论文和专利87-88
• 发表的论文:87
• 发明专利:87-88
• 符号说明88-91
• 致谢91

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