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化工学报 2016年第5期67卷 1778-1783页

作者：何松刘志春汪冬冬刘伟杨金国张晓屿华中科技大学能源与动力工程学院湖北武汉430074 中国运载火箭研究院北京100076

环路热管是一种高效的两相热控装置,主要应用于航天航空热控和地面高热流电子器件的散热。现有的平板式环路热管只有一个面可以进行散热,一方面,不利的背向导热使得环路热管在低热负荷的条件下启动困难,另外,蒸发器的另一个面也存在散... 详细信息

环路热管是一种高效的两相热控装置,主要应用于航天航空热控和地面高热流电子器件的散热。现有的平板式环路热管只有一个面可以进行散热,一方面,不利的背向导热使得环路热管在低热负荷的条件下启动困难,另外,蒸发器的另一个面也存在散热的潜能。针对上述不足,提出了平板型甲醇-铜双面蒸发器环路热管。在重力辅助倾角为10°,热沉温度为0℃的条件下,对单面加热和双面加热的启动性能和变工况运行进行了实验研究。实验结果表明:该新型环路热管在单面加热和双面加热条件下,均可以成功启动和正常运行,且双面工况时的启动性能比单面更稳定、迅速;在加热面的温度不超过(90±2)℃的情况下,单面可以传递的最大热负荷为210 W,对应热流为21.8 W·cm^(-2),而双面传递的最大热负荷为240 W;双面交替运行时,LHP能够快速从一个面转向另一个面运行,没有出现运行失败。

关键词：平板式环路热管双面蒸发器温度波动两相传热稳定状态

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CumSn/Cu(OH)2/Cu-Foam的制备及光热界面蒸发海水淡化性能研究

CumSn/Cu(OH)2/Cu-Foam的制备及光热界面蒸发海水淡化性能研究

引用

作者：杨世洁哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

从海水中获得淡水是目前解决淡水资源短缺问题的有效手段之一。传统的海水淡化技术，需要消耗大量化石能源且成本高，对环境破坏大。相比之下，太阳能光热界面海水淡化技术，以太阳能作为能量输入来源，具有成本低和对环境友好等优势，... 详细信息

从海水中获得淡水是目前解决淡水资源短缺问题的有效手段之一。传统的海水淡化技术，需要消耗大量化石能源且成本高，对环境破坏大。相比之下，太阳能光热界面海水淡化技术，以太阳能作为能量输入来源，具有成本低和对环境友好等优势，成为近年来国际范围内的研究热点。针对现有光热界面蒸发海水淡化技术存在的光热转换效率低、蒸发速率低等问题，本论文在悬挂晾衣的启发下，构建了以CumSn/Cu(OH)2/Cu-Foam作为光热材料的双面蒸发系统，探讨其光热界面蒸发海水淡化性能，通过调控反应条件对光热转换材料的微观形貌、物相组成和化学计量数之比及海水淡化性能之间的关系，筛选光热响应性能好、循环稳定性高的光热转换材料，对蒸发器结构的设计和构建，获得兼具高海水蒸发速率和抗盐沉积能力的双面蒸发器，为太阳能光热海水淡化技术的发展提供理论依据。　　对Cu-Foam的表面进行亲水性改性，可提高Cu-Foam的水输运能力，提升光热界面蒸发海水淡化性能。本实验利用氢氧化钠辅助过硫酸铵原位氧化法，在泡沫铜骨架表面构建Cu(OH)2纳米线阵列结构，利用表面的-OH官能团和阵列结构的毛细管效应实现自吸水，利用XRD、SEM和接触角实验等表征手段，研究浸渍时间和浸渍温度对纳米线的微观形貌、物相组成和亲水性能的影响。当浸渍时间为1h，浸渍温度为20℃时，Cu(OH)2/Cu-Foam纳米线分布均匀、亲水性最好，改性后Cu(OH)2/Cu-Foam在空气中的接触角为0°，水滴能够在孔道结构中向下流动。　　为提高Cu(OH)2/Cu-Foam光吸收能力，设计并利用浸渍法，制备光热转换材料CuS/Cu(OH)2/Foam，利用紫外-可见-近红外漫反射光谱仪来表征光热转换材料CuS/Cu(OH)2/Cu-Foam的光吸收性能，在250nm~2500nm波长范围内，样品的吸光率达到97.41%。通过光热界面蒸发实验，研究单面蒸发器的光热界面蒸发海水淡化性能。结果表明，得益于CuS的光吸收能力以及表面阵列结构，CuS/Cu(OH)2/Cu-Foam单面蒸发器，在1sun光照强度条件下，3.5%盐度海水中的蒸发速率达到1.82kgm-2h-1，光热转换效率为87.64%，且展现出较好的稳定性。为进一步优化光热转换材料Cu(OH)2/Cu-Foam的光吸收能力，设计并利用水热法制备光热转换材料Cu7S4/Cu(OH)2/Cu-Foam，利用紫外-可见-近红外漫反射光谱仪表征光热转换材料Cu7S4/Cu(OH)2/Cu-Foam的光吸收性能，通过光热界面蒸发实验，研究单面蒸发器的光热界面蒸发海水淡化性能。结果表明，在水热温度150℃，水热时间6h时，得到的Cu7S4/Cu(OH)2/Cu-Foam在全波长范围内的吸光率达到98.56%。在1sun光照强度下，单面蒸发器的海水蒸发速率达到1.88kgm-2h-1，光热转换效率为90.23%，在30h循环稳定性海水蒸发测试中，Cu7S4/Cu(OH)2/Cu-Foam蒸发器的蒸发速率为1.75kgm-2h-1，光热转换效率为84.00%，表现较好的稳定性。　　为了提升Cu7S4/Cu(OH)2/Cu-Foam的光热界面蒸发性能，设计构建双面蒸发系统，确定双面蒸发器几何结构对蒸发性能的影响，探讨蒸发器表面结盐行为。结果表明，当光照面积为6cm2，倾斜角度为60°时，海水蒸发速率最快，光热转换效率最高。在1sun的模拟太阳光下，盐度为3.5%的海水中双面蒸发器的蒸发速率为4.15kgm-2h-1，光热转换效率为180.5%，相比于单面蒸发器，有显著的提升。这归因于实际蒸发面积远大于投影面积和蒸发器合理的结构设计，减少蒸发器向周围环境中散热损失掉的热量。蒸发产生的积盐逐渐在向斜蒸发面积累，可实现定点收集。收集到的冷凝水中的金属阳离子去除率达98%以上，满足WHO饮用水标准，充分说明了双面蒸发器巨大的应用潜力。

关键词：海水淡化光热界面蒸发双面蒸发器

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