结合太阳能空气集热器和热管集热器的太阳能海水淡化系统的实验研究

摘要

随着社会的发展，人类对于淡水的需求量越来越大。由于生态环境破坏所造成的水污染、水土流失、土地荒漠化，使得世界上许多国家和地区都面临水资源危机，而中国更是首当其冲。如何解决人类的水资源短缺，是全球目前急需解决的难题。太阳能海水淡化是解决人类缺水的有效方法。
　　 论文首先介绍了太阳能海水淡化的基本原理和发展现状，然后提出将太阳能空气集热器和热管集热器与海水淡化装置相结合，利用热空气增湿/除湿来实现海水淡化的实验方案。在此基础上，结合太阳能空气集热器，对海水淡化装置的蒸发部分进行了实验，对蒸发器进行了改进，最后结合整体太阳能海水淡化系统进行了实验。论文具体包括以下四方面内容：
　　 1、提出了将太阳能空气集热器和热管集热器结合的太阳能海水淡化装置的设计方案，并对太阳能海水淡化系统的各个部件进行了设计计算。
　　 2、设计了圆管式和扁管式两种形式的蒸发器，并利用电吹风模拟空气集热器对两种形式的蒸发器进行实验测试，测量了影响蒸发量的主要因素。
　　 3、结合太阳能空气集热器和热管集热器，对增湿/除湿太阳能海水淡化系统进行实验，测量了冷凝量，计算了系统的产水率和热力学效率。
　　 4、对蒸发器进行了改进，使热空气分多路进入蒸发器，空气加湿后进入冷凝器。将改进后的蒸发器结合整体海水淡化系统系统进行了实验，测量了冷凝量，计算了系统的产水率和热力学效率。
　　 实验结果表明，在利用3m2太阳能空气集热器和1.5m2热管集热器的条件下，冬季时改进后的海水淡化系统最大冷凝量为623g/h，系统的产水率和热力学效率分别为6.43×10-5kg/kJ和13.07％。
　　 研究发现，影响太阳能海水淡化系统冷凝量的主要因素是蒸发量。为了增加系统的蒸发量，关键是提高蒸发器的运行温度。可以通过增加热管集热器数量、增大空气集热器面积或采用聚光集热器等来提高水温和空气温度，从而实现太阳能海水淡化实用化的目的。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪 论

1.1研究背景和意义

1.2海水淡化发展现状

1.2.1世界海水淡化发展现状

1.2.2国内海水淡化发展现状

1.3太阳能海水淡化技术

1.3.1直接法

1.3.2间接法

1.4增湿/除湿太阳能海水淡化技术

1.4.1湿空气的性质

1.4.2湿空气的热力过程

1.4.3增湿/除湿海水淡化的基本原理

1.4.4典型的增湿/除湿海水淡化过程

1.5存在的问题

1.6论文的主要研究目的

第二章结合空气集热器和热管集热器的海水淡化装置设计及计算

2.1系统原理及组成

2.2系统主要部件设计计算

2.2.1原始数据

2.2.2风机选择计算

2.2.3蒸发器容积计算

2.2.4冷凝器功率计算

2.2.5集热器功率计算

2.3热管集热器简介

2.3.1热管

2.3.2全玻璃真空太阳能集热管

2.3.3全玻璃热管真空集热管

2.3.4热管及真空玻璃管选择

2.4太阳能空气集热器的设计

2.4.1太阳能空气集热器的结构及特点

2.4.2太阳能空气集热器设计

2.4.3所需太阳能空气集热器数量的计算

2.5冷凝器的选型及计算

2.5.1冷凝器选型

2.5.2壳体和传热管选择

2.5.3冷凝器换热面积计算

2.6蒸发器设计原理

2.7小结

第三章蒸发器实验及结果分析

3.1圆管式蒸发器设计及实验

3.1.1圆管式蒸发器设计

3.1.2圆管式蒸发器实验

3.2扁管式蒸发器设计及实验

3.2.1蒸发器改进设计

3.2.2蒸发器改进实验

3.2.3蒸发器改进实验结果分析

3.3两种形式蒸发器蒸发实验结果比较分析

3.4小结

第四章整体系统实验

4.1实验仪器介绍

4.2海水淡化系统实验

4.2.1热管集热器性能实验

4.2.2结合热管集热器的海水淡化系统实验

4.2.3结合热管集热器和空气集热器的海水淡化系统蒸发实验

4.2.4结合热管集热器和空气集热器的海水淡化系统冷凝实验

4.3系统的产水率和热力学效率

4.4小结

第五章系统的改进实验

5.1蒸发器的改进及实验

5.1.1蒸发器的改进设计

5.1.2改进后的蒸发器实验

5.2改进后的系统实验

5.2.1蒸发器外不加保温材料的海水淡化系统实验

5.2.2蒸发器外加保温材料的海水淡化系统实验

5.3蒸发器外加保温材料的海水淡化系统的产水率和热力学效率

5.4小结

第六章总结和展望

参考文献

致 谢

攻读硕士期间发表的论文和专利