太阳能海水淡化装置的能量系统研究

作     者：张小粉 

作者单位：西北工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：楚武利;张立希

授予年度：2007年

学科分类：08[工学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 

主      题：太阳能 海水淡化 氙灯 集热板 高效无机热管 

摘      要：海水淡化是解决淡水资源短缺的有效途径。低温蒸馏式海水淡化方法是目前公认的最有发展前景的海水淡化方法之一，其优点是：对热源要求不高，操作温度低，可使用太阳能或烟气余热等低品位热源，对设备腐蚀性小，不易结垢。太阳能是一种洁净、安全、无污染的可再生能源。本文主要对新型低温蒸馏式太阳能海水淡化的能量系统进行了研究，采用高效无机热管作为传热元件，设计了新型太阳能集热板以及单效低温蒸馏式太阳能海水淡化系统的其它主要部件，建立了试验台，对影响其产水量的各因素进行了分析，对装置提出了改进意见。 由于氙灯辐射光谱与太阳的辐射光谱很接近，因此本文采用氙灯模拟太阳辐射。首先，对西安地区的太阳辐射强度进行了计算，并以计算出的辐射强度为依据，确定了模拟光源的辐射强度值;以集热面上接收到的辐射强度均匀为设计原则，选取了氙灯的功率、个数，设计了布置方式。 设计了新型多孔太阳能集热板。该集热板放置于蒸馏器内海水面的上方，蒸馏器内的工作压力为负压。集热板表面涂有黑色的吸收涂层，上面均匀开有数目不同的两种孔，小孔供蒸汽通过，大孔用来安装导热管。导热管由高效无机热管制作。它的径向传热能力为44kW／m，轴向传热能力达到8600kW／m，可在极短时间内达到等温传热。导热管的下端浸没在海水中，可将集热板收集到的太阳能迅速传递给海水，使海水在低温下蒸发，产生的蒸汽通过冷凝器凝结为淡水。导热管的使用强化了集热板与海水之间的换热，使海水的加热面积增大，新型集热板的使用，使海水淡化装置的占地面积减小。 根据能量平衡关系，计算了蒸馏器内海水的蒸发量，分析了汽、液分离的过程，计算了汽、液分离空间的高度。根据蒸汽冷凝量的大小，选择了冷凝器的型式，并对其进行了设计计算。 对单效低温蒸馏式太阳能海水淡化装置进行了试验研究，并对影响其产水量的各主要因素进行了讨论。得出：在其它条件不变的情况下，太阳辐射量、集热器面积分别与产水量呈线性关系;在辐射强度相同的条件下，蒸馏器的效数越多，产水量越大。最后，对试验装置提出了改进意见，建议将单效装置该改为三效装置以提高产水率。 本文的研究工作为大型太阳海水淡化装置的设计和性能分析起到了一定的参考作用。