太阳能烟囱强化海水蒸发过程的实验与理论研究

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1、天津大学硕士学位论文y8‘7775太阳能烟囱强化海水蒸发过程的实验与理论研究ExperimentalandTheoreticalStudyonEnhancedSeawaterEvaporationbySolarChimney学科专业：化学工程研究生：方振雷指导教师：王一平教授天津大学化工学院二零零五年六月中文摘要太阳能烟囱发电技术和太阳能海水淡化技术是可再生能源领域中两个研究热点，由于其在技术或经济上的不可行性，结合这两项技术提出了太阳能烟囱综合利用海水系统。利用太阳能烟囱强化海水蒸发，在烟囱基部形成强大的饱和湿润气流，通过冷凝途径获取气流中的水分，冷凝余热或冷凝

2、淡水用于风力或水力发电，实现发电、海水淡化等于一体的经济可行性系统。本文针对太阳能烟囱强化海水蒸发过程进行了实验和理论研究。首先通过洞道干燥实验，研究了气流的温度、速度及多孔材料在独立情况下对蒸发的影响。在此基础上搭建了两套小型实验装置，研究了系统内气流的温升和湿含量。由于小型系统水体的蓄热能力差，不能昼夜工作，因此组建了中型实验装置，对系统在阴、晴天的气流温升、湿含量及蓄热水体的温度变化进行了实验研究。为深入了解系统的传热机制，进行了系统的传热过程分析。同时为进一步了解系统微观的传热、传质的规律，从而寻求系统的放大理论依据，通过商用软件Fluent进行了数值模拟

3、。洞道实验结果表明：温度是影响蒸发的重要因素，温升越大，蒸发越快；气流速度在一定范围对蒸发有益；多孔材料对蒸发具有很强的促进作用，但同时也随着多孑L材料的材质、放置方向、多少有一定的影响。太阳能烟囱强化海水蒸发的小型实验装置的研究表明：气流中的湿含量较小，当加入多孔材料时气流基本达到饱和。中型实验装置的研究表明：系统内气流在流动过程中获得较大的湿含量，水体具有很强的蓄热能力，同时在横向不同位置、纵向不同深度上存在一定差别，系统不仅能够昼夜持续工作，在阴天情况下也能实现强化蒸发的目的。对系统的热网络分析表明：水面的蒸发散热远大于气流中绝干空气的温升需要的热量，系统内

4、集热大棚与天空的辐射散热和环境的对流散热是系统热损的主要部分。最后的数值模拟结果表明：由于模型简化的一些假设，中型实验装置气流温升、湿含量模拟结果较实验结果偏高；模拟出的圆形系统比中型实验装置具有较佳的蒸发效果。关键词：太阳能烟囱集热棚综合系统海水淡化强化蒸发ABSTRACTSolarchimneyandseawatersolardesalinationhasbeenresearchhotspotsforyears．Butitisnotfeasibleattechnologyoreconomicalefficiency．Thecombinedsystemutili

5、zingseawaterbysolarchimneyWasputforwardbasingonthesetwotechnologies，whichenhancesseawaterevaporationbysolarchimney,formshighspeedairflowatthebaseofchimney,gainsfreshwaterbycondensation．Thewaterandremainingheatbycondensationisusedtogenerateelectricity．Itisalleconomicfeasiblesystemthatc

6、allbringfreshwaterandproduceelectricitybywaterorwind．TheprocessofenhancedseawaterevaporationusingsolarchimneyWasstudiedbyexperimentandtheoryinthispaper．Firstlytheeffectonenhancedevaporationbytemperature、velocityofairflowandporousmaterialswasstudiedindependently．Twomini—typeexperimenta

7、lequipmentswerefounded，thetemperaturerise、moisturecontentandotherconditionswerestudied．Fortheshortageofheatstoragecapacity,themini-typesystemcannotworkduringnightandcloudyday．Themid-typeexperimentalequipmentwassetup，temperaRa'erise、moisturecontentoftheairflowandthewaterofheatstorageWa

8、Sstud