發(fā)布時間：2020-06-09 06:05

【摘要】：太陽能是一種綠色能源,通過太陽能蒸餾器,可利用太陽能實現海水淡化。然而,雖然太陽能蒸餾器可以從海水、生活污水、和鹵水中得到飲用水,是一種既便宜又方便的設備,但由于其生產率低下,并未得到廣泛使用。本文使用微納顆粒對傳統(tǒng)太陽能蒸餾器進行改進,使太陽能海水淡化的產量得到提高。為了研究微納顆粒對太陽能海水淡化產量的影響,我們首先利用光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀測和分析了石墨和氧化銅顆粒的形貌,并且用UV-Vis分光光度計及3-ω方法分別測量了流體的吸光率及熱導率。為了開展實驗研究,我們搭建了太陽能海水淡化實驗平臺,進而通過實驗的方法研究微納顆粒對太陽能海水淡化的影響。本文的研究內容包括兩部分:第一部分,通過研究改變所添加的氧化銅和石墨兩種微納顆粒的濃度、蒸餾器水深、冷卻水膜的流速對蒸餾器產量的影響,從而確定最佳微納顆粒的濃度,最合適的蒸餾器水深以及可獲得最大產量的冷卻水膜流量。同時還研究了將流過玻璃表面的冷卻水作為給水時,蒸餾器產量的變化。對于本文實驗系統(tǒng),添加石墨微納顆粒和氧化銅微納顆粒的最佳水深為0.5cm,兩種微納顆粒濃度的最優(yōu)值均為1%,當水深為0.5cm時最佳冷卻水流量為4kg/h。第二部分,利用石墨微納顆粒優(yōu)良的光熱轉換性質,結合相變材料以及玻璃表面水膜冷卻技術,充分利用石墨微納顆粒轉換的熱量,將蒸餾器白天吸收的一部分熱量儲存起來,不僅加快了蒸發(fā)速率,同時將微納顆粒轉換的熱量充分利用,減少熱量的損失,使蒸餾器產量得到很大的提升。因此,設計了如下4種蒸餾器,并對其產量進行對比研究:蒸餾器A,添加石墨顆粒;蒸餾器B,石墨顆粒+相變材料;蒸餾器C,石墨顆粒+水膜冷卻;蒸餾器D,石墨顆粒+相變材料+水膜冷卻。改善后的蒸餾器,相比于傳統(tǒng)蒸餾器,產量得到了很大的提升,其中蒸餾器D效果最好,產量增量可達73.8%。本文的研究結果能夠為利用太陽能高效地實現海水淡化提供有意義的參考指導。
【圖文】：

1 太陽能海水淡化的基本原理太陽能海水淡化技術是熱技術海水淡化的一種，其基本原理同于自然雨水陽輻射的熱量加熱海洋、湖泊和河流或者來自地面上的植物和土壤中的水，蒸氣。如圖 2-1，為自然雨水循環(huán)過程圖，水吸收太陽的熱量，轉變成水蒸氣，在周圍空氣中蒸發(fā)。這個過程被稱為“蒸發(fā)”。涼爽潮濕的空氣不能像熱空氣一樣容納大量的水蒸氣，因此，一些蒸汽變成水滴（降水如圖）。這被稱為“冷凝”。云便是大量微小水滴或冰晶的集合，水滴很小，很輕，它浮在空中。當水滴聚集到一定量，便以雨的形式降落到陸地，流向河流，再洋，也有一些留在地面，以冰的形式存在。最后，水都會以一定的方式進入河流，這樣水循環(huán)又開始了。這種通過吸收太陽能發(fā)生蒸發(fā)，然后發(fā)生冷凝得太陽能淡化海水的方法叫做熱海水淡化法。

太陽能蒸餾是一種低成本，并且通過簡單凈化苦堿水和鹽水便可獲得純凈水的法[24]。傳統(tǒng)的太陽能蒸餾器是一種用于轉換鹽水和苦堿水的常見的裝置。其結簡圖如圖 2-2 所示。其中包括一個噴黑的蒸餾盆，蒸餾盆的內部有一個淺溝槽用收集蒸發(fā)后冷凝的淡水。蒸餾器上方由傾斜的玻璃蓋板密封，減少水蒸氣的泄露餾器中用于蒸發(fā)的水由海水箱供給，蒸發(fā)后，蒸餾器中鹽濃度極大的鹵水排出至水箱。蒸餾器中不純凈的水吸收太陽輻射，水溫上升，促進水蒸發(fā)，當飽和濕空氣與明玻璃蓋的冷內表面接觸時，，水蒸氣發(fā)生冷凝，冷凝水下降，積累在玻璃蓋下側一個略傾斜的水槽里，并通過管子流出外殼，進入淡水箱[24]。但是由于其生產力低，并沒有被廣泛使用。許多研究人員已從實驗和理論的角分別對太陽能蒸餾器結構的重新設計和不斷優(yōu)化進行了研究。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：P747;TK519

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本文編號：2704265