【摘要】：太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)既利用儲(chǔ)量多分布廣泛的海水來(lái)制備人類正常生產(chǎn)生活所需的淡水，又利用太陽(yáng)能這一清潔、可再生資源來(lái)降低燃料、電力等的使用，因此對(duì)太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)的研究具有理論和實(shí)際的經(jīng)濟(jì)意義。 場(chǎng)協(xié)同作用廣泛存在于自然界和實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由最初的速度場(chǎng)與溫度場(chǎng)協(xié)同延伸到各種其他的場(chǎng)的協(xié)同作用，因?yàn)樗趥鳠醾髻|(zhì)過(guò)程中具有的特性與共性的特點(diǎn)，讓科研人員對(duì)傳熱傳質(zhì)過(guò)程的微觀層次的研究有了進(jìn)一步的發(fā)展。目前對(duì)利用場(chǎng)協(xié)同作用強(qiáng)化海水淡化蒸發(fā)過(guò)程的傳熱傳質(zhì)現(xiàn)象的研究還比較欠缺，本文利用磁場(chǎng)和超聲波場(chǎng)的協(xié)同作用強(qiáng)化海水蒸發(fā)的傳熱傳質(zhì)過(guò)程，并從水的分子層面對(duì)蒸發(fā)過(guò)程進(jìn)行了分析，進(jìn)而得出場(chǎng)協(xié)同作用的宏觀現(xiàn)象的部分微觀解釋。 超聲波技術(shù)的空化效應(yīng)、熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)等多種效應(yīng)使其作用在液態(tài)水時(shí)，可以使水霧化成微小顆粒；磁場(chǎng)的洛倫茲力、電磁感應(yīng)效應(yīng)和與水分子鍵的共振效果等效應(yīng)使其作用于液態(tài)水時(shí)，影響水分子氫鍵的排列或使其斷裂。這兩種場(chǎng)協(xié)同作用時(shí)，雖然它們的作用機(jī)理不盡相同，但是超聲波技術(shù)和磁場(chǎng)作用都能夠促進(jìn)海水蒸發(fā)過(guò)程的進(jìn)行。 本文選擇頻率為1.7MHz超聲波發(fā)生器和中心磁感應(yīng)強(qiáng)度為1300Gs的鐵氧體磁芯與反應(yīng)槽連接搭建實(shí)驗(yàn)臺(tái)，分別對(duì)純水和鹽度為35的模擬海水的蒸發(fā)過(guò)程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，獲得在自然蒸發(fā)、超聲波作用、磁場(chǎng)作用和協(xié)同場(chǎng)作用下兩種實(shí)驗(yàn)材料在35~70℃的溫度下蒸發(fā)過(guò)程的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和其擬合公式可以看出，場(chǎng)協(xié)同作用和超聲波作用下純水和模擬海水的蒸發(fā)速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于磁場(chǎng)作用和自然蒸發(fā)，但是場(chǎng)協(xié)同作用的效果并沒有比超聲波作用明顯加強(qiáng)，并且其對(duì)模擬海水的影響效果大于純水的；在溫度方面，隨著溫度的升高蒸發(fā)速率也增加。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：超聲波和磁場(chǎng)作用于鹽水都會(huì)提高它們的蒸發(fā)速率，當(dāng)它們協(xié)同作用時(shí)這個(gè)作用會(huì)有一定程度的加強(qiáng)，這是因?yàn)榇艌?chǎng)作用改變了鹽水內(nèi)部水分子團(tuán)簇的大小和分子的定向排列，使水的表面張力和黏度降低，超聲波作用破壞水的表面張力，為水的瞬間蒸發(fā)提供了能量。 在場(chǎng)協(xié)同作用強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)場(chǎng)協(xié)同作用太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)中的具體運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行描述，并闡述影響系統(tǒng)熱量利用率和產(chǎn)水量的因素，分析場(chǎng)協(xié)同作用下系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，對(duì)場(chǎng)協(xié)同作用在太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行初步的論證。
【圖文】：

根據(jù)《意見》中的關(guān)注和實(shí)際應(yīng)用中的反映，在主要海水淡化方法中，對(duì)多級(jí)閃蒸法這一世界上應(yīng)用最普遍的海水淡化方法，反滲透淡化法被認(rèn)為是最有前途的淡化方法，和太陽(yáng)能蒸餾淡化法這一最古老的海水淡化方法三種海水淡化方法進(jìn)行簡(jiǎn)介。（1） 多級(jí)閃急蒸餾法(Multistage Flash Distillation)多級(jí)閃急蒸餾法是在一定壓力下，把經(jīng)過(guò)預(yù)熱的海水加熱至某一溫度，引入第一個(gè)閃蒸室，這個(gè)閃蒸室的壓力較低，這樣熱海水急速汽化，這就叫閃急蒸發(fā)。產(chǎn)生的蒸汽在熱交換管外冷凝成淡水。而留下來(lái)的海水溫度降到相應(yīng)的飽和溫度，這個(gè)溫度降低所產(chǎn)生的濕熱，提供給閃急蒸發(fā)過(guò)程所需的汽化潛熱。剩下的濃海水則進(jìn)入主加熱器中由來(lái)自熱源的蒸汽加熱后被引入各閃蒸室逐級(jí)降壓，使其再閃急蒸發(fā)、在冷凝而得到淡水。圖 1.2 是多級(jí)閃急蒸餾過(guò)程的原理圖。在多級(jí)閃急蒸餾中，閃蒸室的個(gè)數(shù)稱為技術(shù)，一般裝置要幾十級(jí)。

分子間作用力中氫鍵的作用更加明顯。單個(gè)水分子的結(jié)構(gòu)中氫和氧三個(gè)原子核是呈等腰三角形排列的，其結(jié)構(gòu)如圖2-1 所示。根據(jù)對(duì)水蒸氣分子的測(cè)定，我們可以確定 H-0-H 鍵角為 104.45°，O-H距離為 0.09584nm，H-H 距離為 0.514nm。氧原子外層電子（2s22p4）經(jīng)雜化與兩個(gè)氫原子的兩個(gè)電子構(gòu)成兩個(gè) O-H 共價(jià)鍵及兩對(duì)孤對(duì)電子。H2O 是極性分子，兩個(gè)氫原子帶正電，氧一側(cè)帶負(fù)電，水分子的偶極矩很大，為 1.84D（德拜，1D=3.336×10-30C·m）[26]。從圖 2-1 可以看出，每個(gè)水分子都可以提供兩對(duì)孤對(duì)電子，每個(gè)水分子既可表 2-5 海水的其他物理性質(zhì)
【學(xué)位授予單位】：青島理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TK519;P747

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本文編號(hào)：2657806