【摘要】：水對人類的重要性不言而喻。在一些特殊或極端條件下,如戶外探險、士兵野外作戰(zhàn)等情況下,人類無法獲得持續(xù)的飲用水供給。同時,出于對減輕負重、節(jié)省體能等多方面的考慮,戶外探險者或野戰(zhàn)士兵一般也無法攜帶大量的飲用水,而是更多利用環(huán)境條件就地取材獲得淡水。但是,未經(jīng)處理的野外水源容易含有各類有毒物質(zhì)、細菌病菌或其他有機污染物,直接飲用容易造成腹瀉脫水甚至中毒等嚴重后果。雨水、露水、雪水的收集則嚴重依賴自然條件,有一定斷水的風險。所以人們需要一種穩(wěn)定、便攜、安全的取水方式來解決上述的問題。而在大氣中就蘊藏著充足的水資源,所以研制可靠、高效的空氣取水裝置成為解決水資源短缺問題的一大解決方案。本文提出了一種基于熱壓的吸附式微型空氣取水裝置,其主要原理為高效吸濕材料在吸附工作階段,空氣流經(jīng)吸濕材料,其中的水蒸氣被吸濕材料吸收保存。當吸附趨于飽和后進入解吸附工作階段,吸濕材料被加熱將吸附階段保存的水分釋放出來,較熱的水蒸氣隨溫度降低逐漸液化。由上述工作過程可知,基于吸附法的空氣取水裝置內(nèi)換氣特性將直接影響吸附時間和解吸附效果,進而影響取水的效率。本研究利用熱壓換氣的原理實現(xiàn)有效調(diào)節(jié)裝置內(nèi)部換氣特性進而提高取水效率。本文基于熱壓換氣理論及數(shù)學模型提出了一種“杯式”微型空氣取水裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計。隨后對其內(nèi)部換氣特性進行了計算流體力學(CFD)仿真研究。分析了其主要參數(shù),包括縱向通風管路高度、加熱溫度、管路形狀設(shè)計等指標對換氣特性的影響。根據(jù)仿真結(jié)果總結(jié)了各參數(shù)設(shè)計與換氣特性之間的關(guān)系,并提出了利用一種拉瓦爾噴管導流結(jié)構(gòu)改進換氣特性的設(shè)計方案。本文在CFD仿真的基礎(chǔ)上完成了微型空氣取水裝置換氣特性的實驗研究。首先制作了空氣取水裝置縱向通風管路的實驗?zāi)Ｐ�。利用粒子圖像測速系統(tǒng)(PIV)對縱向通風管路出口處空氣流速進行了可視化拍攝,分析和比較了不同管路高度、管路直徑及熱源加熱功率對換氣特性的影響。最后搭建了空氣取水裝置實驗臺,通過取水實驗驗證了裝置熱壓換氣的效果及裝置整體設(shè)計的合理性。
【圖文】：

及研究的背景和意義于國家自然科學基金項目“氣動微流控芯片氣壓”。及意義體的重要性不言而喻，無論是植物還是動物，每成分就是水�？茖W研究表明，成年人類身體中大生兒體內(nèi)可含有高達 75%的液體。因此，人類一[1,2]。在一些特殊或極端條件下，如戶外探險、士獲得持續(xù)的飲用水供給。同時，出于對減輕負重探險者或野戰(zhàn)士兵一般也無法攜帶大量的飲用水材獲得淡水。其常用方法包括：飲用地表水或地；利用一些特定植物如扁擔藤[4]、買麻藤等[5]，其般切開特定部位即可獲得少量的淡水，如圖 1-1

澳洲的一種沙漠蜥蜴[19]等均可以通過控制自身表面的親疏水性或溫度變化從空氣中獲取所需的水，如圖1-2 所示。圖 1-2 納米比亞沙漠甲蟲和澳洲樹蛙從空氣中獲取水目前最常用的空氣取水原理包括制冷法[20-21]和吸附法[22-24]。其中制冷法的研究較為成熟，主要原理是通過制冷使環(huán)境水蒸氣液化，但是其能源利用率較低，，取水效率較低，裝置體積較大且發(fā)展?jié)摿τ邢蕖Ｎ椒ㄖ饕诟咝鼭癫牧�，如硅膠、MOF801[23]和鹵素鹽復(fù)合吸濕劑[25]等。在吸附工作階段，空氣流經(jīng)吸濕材料，其中的水蒸氣被吸濕材料吸收保存。當吸附趨于飽和后進入解吸附工作階段，吸濕材料被加熱將吸附階段保存的水分釋放出來，較熱的水蒸氣隨溫度降低逐漸液化。由上述工作過程可知，基于吸附法的空氣取水裝置內(nèi)換氣特性將直接影響
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH122

【參考文獻】

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本文編號：2675408