试析太阳能烟囱海水综合系统中间壁冷凝换热机理的研究

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1、救尬匾曲⑧天洋大薯中国近代第一所大学硕士学位论文■_n■K-嘎■0-H

2、}一■曩■●●¨____学科专业：丝堂王猩作者姓名：王僮堑指导教师：王=壬救撞天津大学研究生院2006年1月中文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，

3、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．幻、原盐量8．35kg／(m2·a)，200m烟囱高度下风电量为1．1lkWh／(m2·a)，水电量为O．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

4、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

5、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ABSTRACTAimingateliminatingtheshortagesofsolarchimney,Solardesalinationandanvironmeotalrequirementbeingconsidered,combinedsystemsutilizingseawatcrbysolarchimneytechnologywereputforwardfirstly．Thentheoreticalanalysesweredonetoevaluatethefeasibiliti

6、esoftechnologyandeconomy．Finally,condenserofcombinedsystemswasdesigned,andthetheoreticalwatefoutputWaSprovedtruly．Themechanismofindirectheatexchangingandcondensationwasmainlystudiedon．AnindirectexperimentalcondensersystemWassetupforverticalsmoothtubeandfintubeindifferentconditionso

7、ftemperaturesandvelocities，toobtaindata011temperaturedistribution,therelationshipoftemperaturewithairvelocity,theheightofsolarchimney,theheatcollecting,andtheeffectsofnoncondensablegases，thecondensationabilityofforcedfintube．Thentwotheorymedalsofsmoothtube,theattenuationcoefficient

8、modelanddiffusionmodel，weremadeconsideringtheinfluenceofnoncondansablegasesconcentration,interfaceshearingforces．diversitiesofparametersandtheReynoldsnumberofcondensatefilm．Performanceevaluationresultsinmcatcthatthecombinedsystemcanproduce750．05ton／(m2‘a)water,8．35ton／(m2．a)salt,1．

9、1lkWh／(m2。a)windpowerandO，