毕业论文（设计）聚光直热式太阳能海水淡化系统研究

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1、聚光直热式太阳能海水淡化系统研究摘要：本文研制了一种聚光直热式加湿除湿太阳能海水淡化装置，对■其结构和运行原理进行了介绍，并对装置内部的传热传质过程进行了分析。设计了实验装置，并对装置的性能进行了测试，给出了海水喷淋温度、加热功率等对产水速率的影响曲线，结果表明，采用单风机和双层加湿小球的实验装置产水效果最好，在73°C左右时，其产水速率为1.12kg/h。当给装置提供稳定加热功率800W时，装置在运行3.5小时后基本达到产水率稳定，断电后系统仍然可以得到30%左右的产水量。对装置在实际天气下的工作性能也进行

2、了测试，实验结果表明，在太阳辐照强度为918W/m2IM,最大产水速率达到0.52kg/h,性能系数达到0.69o关键词：加湿除湿；太阳能；海水淡化：聚光直热0引言在全球淡水资源廣乏、能源紧张的情况下，利用太阳能等可再生能源进行海水淡化无疑是一种长远的战略。经过几个世纪，太阳能海水淡化技术有了长足的发展，各种新颖的太阳能蒸憾器系统层出不穷，更多的学者投入到太阳能海水淡化技术的研究中山現其中，H.Bend⑶等设计了一种新的利用太阳能多效蒸发冷凝循环海水淡化系统；S.B.Hou⑷等将太阳能多效加湿除湿海水淡化装置

3、和迭盘式蒸镭器进行了组合；在国内也有很多相关的研究，刘忠冈等基于鼓泡蒸发和空气载湿气液相平衡机理，搭建了一台具有五级四效鼓泡蒸发式太阳能海水淡化装置；陈子乾⑹等设计了一•种多效内冋热式太阳能海水淡化装置。尽管太阳能海水淡化系统在世界范围内已经进行了许多研究，但关键的难题仍然存在，比如太阳能海水淡化系统造价昂贵，一次性投入过高，致使经济性太低而无法被用户接受。同时传统太阳能海水淡化技术部件分离，导致了成本增加，部件之间的传热传质阻力导致了系统效率降低。釆取的海水淡化方式过于传统，导致材料和制造成本增加。针对上述

4、问题本文提出了聚光直接加热海水淡化的技术方案。其特点是将光直接输送到海水中，并直接引起海水蒸发，后续再重复利用蒸汽凝结的潜热，从而将聚光器、接收器、储热器、管路和淡化器合而为一。变成一个浓缩的系统，从而减少能量的传递阻力，并使用非金属材料，实现抗腐蚀和低成本的目标。1装置结构及其工作原理本文研究的聚光直热式加湿除湿太阳能海水淡化系统主要包括四个子系统。如图1所示。本文的四个子系统分别为：菲涅耳聚光系统、加湿系统、除湿系统和辅助系统。基金项目：“十二五''农村领域国家科技计划课题（2013AA102407・2）

5、。作者简介：王飞（1992—）,男，硕士研究生，主要从事太阳能应用研究。通讯作者：郑宏飞（1963—）,男，教授，博士生导师，E-mail:hongfeizh@bit.edu.cn其中，菲涅耳聚光系统包括菲涅耳聚光器、二次聚光器和太阳跟踪器；加湿系统包括喷头、蒸发器、玻璃盖板和加湿腔；除湿系统主耍是冷凝器和冷凝腔；辅助系统主要有风道、风机、水泵和管道等等。加湿腔固定于菲涅耳聚光器的正下方的横梁上，横梁是跟着菲涅耳聚光器一起联动的，在A阳跟踪器的作用下，整个菲涅耳聚光系统会不停的调整角度以获得最多的太阳光，加湿

6、腔也会随着横梁的移动而移动。太阳光照射到菲涅耳聚光器上，经过菲涅耳聚光器的聚光作用后汇聚到玻璃盖板，部分没有汇聚到玻璃盖板的太阳光线也会在二次聚光器的作用下反射到玻璃盖板上，汇聚到玻璃盖板上的光透过玻璃盖板照射到蒸发器上面，蒸发器（黑色小球）吸收太阳光能量后温度会不断地升高。加湿腔底部的海水在水泵的作用下经过喷头均匀地喷淋到蒸发器上，由于蒸发器的温度高于水温，所以一部分海水会吸收热量产生蒸汽并与空气进行热湿交换形成饱和湿空气，高温湿空气在风机的驱动下，经过风道进入冷凝腔底部，并与冷凝器接触，产生凝结形成淡水，

7、淡水聚集在冷凝腔的底部并通过出口阀门输送给用户。而经过冷凝器的热湿空气会变成温度较低的湿空气，并在风机的作用下再次返回加湿腔，如此经过加湿-除湿-再加湿不断循环。喷淋下來的海水部分被蒸发，未被蒸发的部分经过加湿器后汇集在加湿腔的底部,被水泵再次泵到加湿腔上部喷淋。因此，加湿腔中的浓海水是循环利用的，但会由于蒸发而不断减少，因此要通过补水阀门不断地给予补充。当浓海水浓度过大时，从加湿腔底部浓海水出口排除。hABA二次■克SB▲qiz图1实验系统组成及内部能量传递的过程示叢图2实验装置系统内传热传质分析对系统内部

8、进行传热传质分析，有利于解决实验过程中出现的问题和改善实验装置,是对实验结果进行分析、研究的重要理论基础。其屮，图1给出了该系统内部能量传递的过程示意图。为了简化计算做一下假设：(1)假定产生的水蒸汽都为该温度下的饱和蒸汽。(2)假定风道和外界没有热交换、水蒸气不会在风道里凝结、各种管道中不会有热损失。(3)因为从补水口加进去的水相对于蒸发器里的水来说微乎其微，所以忽略补水对系统能量平衡的影响。(4