發(fā)布時(shí)間：2018-05-11 04:01

  本文選題：尿液回收 + 產(chǎn)水率�。� 參考：《北京交通大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：蒸汽壓縮蒸餾技術(shù)是國(guó)際空間站從尿液中回收凈水在用技術(shù)。該技術(shù)將離心力及微重力環(huán)境共同作用下的氣液流動(dòng)、分離、沸騰傳熱等問(wèn)題耦合在一起,具有相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性,我國(guó)載人航天迫切需要研究這項(xiàng)技術(shù)。本課題在考察美國(guó)蒸汽壓縮蒸餾技術(shù)相關(guān)研究基礎(chǔ)上,采用先局部技術(shù)后整體技術(shù)、先地面重力環(huán)境后微重力環(huán)境的研究策略以及理論分析、數(shù)值模擬與試驗(yàn)相結(jié)合的研究方法,對(duì)蒸汽壓縮蒸餾技術(shù)所涉及的氣液分離、蒸汽產(chǎn)生、蒸汽壓縮以及維持減壓蒸餾的密封技術(shù)展開(kāi)了較為全面系統(tǒng)的地面預(yù)研,旨在通過(guò)關(guān)鍵技術(shù)的解決,搭建起蒸汽壓縮蒸餾技術(shù)地面試驗(yàn)系統(tǒng)。論文主要工作如下：首先在自行設(shè)計(jì)的試驗(yàn)裝置上進(jìn)行了尿液廢水減壓蒸餾技術(shù)水回收試驗(yàn),通過(guò)水質(zhì)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),蒸發(fā)器內(nèi)壓力在2 kPa到13 kPa之間,蒸發(fā)器加熱溫度在39℃到57℃之間進(jìn)行減壓蒸餾試驗(yàn)時(shí),PH值和電導(dǎo)率均符合生活水質(zhì)要求。通過(guò)產(chǎn)水率試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),平均產(chǎn)水量和產(chǎn)水率隨著蒸發(fā)器加熱溫度和轉(zhuǎn)速的升高而增加、隨著尿液濃度的增加而減小。氣液分離是蒸汽壓縮蒸餾技術(shù)的第一步,氣液分離后尿液中的含氣量直接影響蒸氣壓縮蒸餾裝置蒸發(fā)過(guò)程能否正常進(jìn)行。論文以實(shí)現(xiàn)微重力環(huán)境下的氣液分離為目的,結(jié)合微重力環(huán)境以及被分離介質(zhì)的特點(diǎn),初步設(shè)計(jì)了一種磁力驅(qū)動(dòng)的錐式動(dòng)態(tài)氣液分離器,建立了單氣泡在錐式動(dòng)態(tài)氣液分離器環(huán)形間隙中的運(yùn)動(dòng)微分方程,基于Fluent軟件,分析了錐式轉(zhuǎn)鼓的旋轉(zhuǎn)速度、入口氣液混合物氣液比率、氣液混合物中氣泡直徑大小、氣液混合物的入口流量等參數(shù)對(duì)分離效果的影響,并根據(jù)分析結(jié)果,對(duì)內(nèi)錐轉(zhuǎn)鼓和外錐轉(zhuǎn)鼓的開(kāi)孔位置以及開(kāi)口方向進(jìn)行了改進(jìn),改善了分離效果。針對(duì)蒸餾單元,從理論上建立了離心慣性力作用下蒸發(fā)器內(nèi)尿液水蒸汽兩相流體流動(dòng)模型、共軛換熱模型,基于Fluent軟件,通過(guò)開(kāi)發(fā)自定義函數(shù),將相變潛熱嵌入能量方程；模擬分析了不同旋轉(zhuǎn)速度及溫度下蒸發(fā)器內(nèi)液膜流場(chǎng)熱場(chǎng)分布規(guī)律,揭示了這些參數(shù)對(duì)產(chǎn)水率的影響。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)：VCD內(nèi)部軸向壓力與徑向壓力隨轉(zhuǎn)速的增加而上升,產(chǎn)水量與產(chǎn)水率均隨旋轉(zhuǎn)速度和加熱溫度增加而上升,使產(chǎn)水量最大的尿液進(jìn)口流量存在一個(gè)最佳值。壓縮機(jī)是蒸汽壓縮蒸餾裝置實(shí)現(xiàn)水蒸氣壓縮的關(guān)鍵部件。為了改善壓縮機(jī)工作性能,提出了一種由圓弧、漸開(kāi)線、圓弧包絡(luò)線組成的新型三葉羅茨壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子型線,基于Creo2.0完成了三葉直葉和扭葉羅茨壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)建模�；贔luent軟件采用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù),對(duì)新型直葉和扭葉羅茨壓縮機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,得到了羅茨壓縮機(jī)內(nèi)部壓力場(chǎng)變化規(guī)律以及出口流量脈動(dòng)規(guī)律。結(jié)果表明,新型三葉羅茨壓縮機(jī)面積利用系數(shù)提高了16%;升壓達(dá)到4000Pa左右,滿足工作要求；新型三葉羅茨壓縮機(jī)壓力脈動(dòng)系數(shù)為14.2%，流量脈動(dòng)系數(shù)為0.33.與傳統(tǒng)型線羅茨壓縮機(jī)相比.排氣口的壓力脈動(dòng)和流量脈動(dòng)小,工作更平穩(wěn)。密封是決定蒸汽壓縮蒸餾裝置蒸發(fā)能否正常進(jìn)行的關(guān)鍵,基于蒸汽壓縮蒸餾裝置的密封要求,擬采用磁性液體密封來(lái)解決。首先從理論上對(duì)磁性液體密封耐壓能力、磁性液體密封啟動(dòng)力矩增大機(jī)理進(jìn)行了探究,提出了磁性液體制備時(shí)納米磁性顆粒尺度要求,依托我們的現(xiàn)有制備工藝課題組制得密封用二酯基磁性液體：然后初步設(shè)計(jì)了蒸汽壓縮蒸餾裝置磁性液體密封結(jié)構(gòu),基于ANSYS軟件通過(guò)數(shù)值模擬得到了密封極齒下磁場(chǎng)分布規(guī)律,并在旋轉(zhuǎn)密封實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了耐壓能力和溫度測(cè)試,證明了數(shù)值模擬的正確性；最后開(kāi)發(fā)了密封極齒下磁場(chǎng)分析的ANSYS參數(shù)化分析命令流,研究了極齒高度、極齒寬度以及槽寬對(duì)密封部位磁場(chǎng)的影響規(guī)律,確定了極齒參數(shù)的取值范圍,最后建立了磁性液體密封結(jié)構(gòu)的優(yōu)化模型,使用MATLAB軟件對(duì)磁性液體密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,達(dá)到了減小磁性液體密封結(jié)構(gòu)重量的目標(biāo)。最后設(shè)計(jì)了能進(jìn)行水回收試驗(yàn)的系統(tǒng)試驗(yàn)裝置,開(kāi)發(fā)了溫度和壓力測(cè)定程序。論文的研究結(jié)論,可為蒸氣壓縮蒸餾技術(shù)的進(jìn)一步研究提供基礎(chǔ)。
[Abstract]:On the basis of the research of the technology of steam compression and distillation , the research methods of vapor - liquid separation , steam generation , steam compression and maintenance of vacuum distillation under the action of centrifugal force and micro - gravity environment have been carried out .
In order to improve the working performance of the compressor , a new type of three - blade Roots compressor rotor - type line composed of circular arc , involute and circular arc envelope is presented .
The pressure fluctuation coefficient of a new type three - lobe Roots compressor is 14.2 % , and the flow pulsation coefficient is 0.33 . Compared with the traditional line Roots compressor , the pressure fluctuation and the flow pulsation of the exhaust port are small and the operation is more stable .
In the end , the ANSYS parametric analysis command flow is developed for the analysis of magnetic field under sealed polar tooth . The influence law of pole tooth height , tooth width and groove width on the magnetic field in the sealing part is studied . The optimal model of magnetic liquid sealing structure is established . Finally , the system test device for water recovery test is designed , temperature and pressure measuring procedure is developed . The research conclusion of this paper can provide the basis for further research of vapor compression distillation technology .

【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TQ051.8

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本文編號(hào)：1872302