热电制冷膜蒸馏系统数值模拟及实验研究

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1、分类号：学校代码：10128UDC：学号：20121100144硕士学位论文（学生类别：全日制学术型硕士研究生学科名称：热能工程论文题目：热电制冷膜蒸馏系统数值模拟及实验研究英文题目：Thethermoelectricrefrigerationmembranedistillationsystemnumericalsimulationandexperimentalresearch学生姓名：魏文龙导师姓名：杨晓宏教授二○一五年四月内蒙古工业大学硕士学位论文摘要膜蒸馏技术是利用膜两侧的温度差作为驱动力，使各组分中

2、的挥发性物质由一侧跨膜进入另一侧的可应用在海水淡化或苦咸水淡化过程中的新技术。在新型膜蒸馏系统中，膜通量的大小与热液流量、热液温度、半导体输入电流以及冷却水流量有关。鉴于课题前期已对几种因素的影响情况进行多次实验研究，所以本文为了节省时间并相对减少计算量，在前期实验基础上增加了热液流量这个新的影响因素，利用正交实验对系统膜通量与能耗进行研究分析。实验中冷腔中半导体在接通电流4~5分钟即可稳定达到制冷效果，制冷速度相对其它制冷手段较快。由于课题组已单独对半导体冷腔进行过研究分析，所以本文中实验主要进行的是系统

3、在冷热容腔相结合情况下的研究。当热液温度由35℃上升到75℃过程中，输入电流不变时，膜面处温度与冷腔铝冷壁处温差最大可达25℃左右。当热液温度维持75℃不变，电流由14A~20A过程中，温差有3℃左右的变化；冷却水流量由600~1000L/h以及热液流量60~200L/h过程中温差分别在2.4℃和1.89℃左右。这个结果与单独分析半导体冷腔时所得结果相差很大，所以本文在分析各因素变化对通量与能耗影响时以实验所得值为准。其中能耗分析中膜通量2415.072kg/(m•h)时，能耗为1.78×10/MJ/t，而

4、进口膜在相同工况下得出膜通量为2434.26kg/(m•h)时，能耗仅为0.8576×10/MJ/t，足见膜的质量对通量和能耗的影响也是很大的。数值模拟得到了系统热腔中分水盘的开槽长度12mm、开槽宽度3mm、开槽角度60°时为最佳匹配参数，并得出热容腔内部流体的流动与温度、速度分布情况。通过实验分析，得到了气隙式膜蒸馏系统的最佳实验组合为冷却水流量800L/h，热液流量80L/h，热液温度75℃，输入电流14A。由实验数据可知，当系统拥有最大膜通量时其能耗并不最低，经济性也不是很好。证实了不是半导体输入电

5、流越大，通量就越大。同时，对系统及局部膜组件也进行了初步的分析，发现半导体输入电流占系统耗最大，系统在许多方面有减小耗、提高效率的潜力。为接下来对系统的优化设计提供了理论依据。关键词：膜蒸馏；热电制冷；数值模拟；能耗分析；分析I内蒙古工业大学硕士学位论文AbstractMembranedistillationisthetemperaturedifferenceacrossthemembraneasadrivingforce,sothatthevolatilematerialcanbetraveledfrom

6、onesideofthemembraneintotheotherside.Membranedistillationtechnologycanbeappliedindesalinationorbrackishwaterdesalinationprocesstechnologies.Inthenewmembranedistillationsystem,hydrothermalflow,hydrothermaltemperature,semiconductorinputcurrentandthecoolingwa

7、terflowaffectsthemembraneflux.Becauseofthesubjecthasbeenconductedseveralexperimentstostudythefactorsthataffecttheflux.Inordertosavetimeandreducetheamountofcomputationrelative,sothisexperimentincreasesthenewfactorsthatishydrothermalflow.Atthesametime,theuse

8、oforthogonalexperimentresearchanalysisthesystemfluxandenergyconsumption.Intheexperiment,thecoldcavitysemiconductorafterturningthecurrent4~5minutescanbereachedastablecoolingeffect,thecoolingraterelativetoother