【正文】 再提高產(chǎn)水量的同時卻大大提高了設(shè)備的運(yùn)行成本。因此 ,如果想提 高太陽能蒸餾系統(tǒng)的產(chǎn)水量 ,必須克服以上三個缺陷。我國是水資源嚴(yán)重短缺的國家 ,人均水資源與有量遠(yuǎn)低于世界平均水平。特別在我國南海諸島日照較長 ,有充足的太陽能可以利用 ,開 發(fā)太陽能海水淡化裝置顯然有著極其重要的意義。因此探索新的太陽能海 水淡化技術(shù)顯得尤為重要。從焓和機(jī)械能 轉(zhuǎn)化的角度分析得出了典型參數(shù)下的最大理論發(fā) 電量 ,同時得出了理想條件下的最大淡水率。考 慮到汽液混合物對轉(zhuǎn)臂外表面帶來的摩擦阻力的影響 ,提出了一種新型碟型縮放噴嘴。 大規(guī)模的應(yīng)用依 海水淡化與同步 。本文提出的利用太陽池作為儲熱源 , 同步進(jìn)行海水淡化和熱發(fā)電的聯(lián)合系統(tǒng) ,不需要在高溫高壓環(huán)境下運(yùn)行 ,不需要產(chǎn)生高 溫蒸汽發(fā)電 ,顯然運(yùn)行成本更低。部分單相的熱海水變成濃海水和水 蒸氣的混合物 ,并從縮放噴嘴高速噴出。由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸連接在透平機(jī)上 ,因此隨著透平機(jī)轉(zhuǎn)軸的高速旋轉(zhuǎn)帶動發(fā)電機(jī)發(fā) 電 。對于非 對流型太陽池 ,如果建造合理 ,其下對流層的最高溫度可達(dá)。因此 ,上對流層的清水可以作為本系統(tǒng)中冷凝器的工質(zhì) ,這也是 選擇太陽池作為供熱源的一個重要原因。 式中 ,甜表示熱力學(xué)能 ,。 熵的概念【】 熵是一個容度參數(shù) ,它是表征可逆過程中有無熱量的交換 ,常用大寫∞ /來表示 , 單位工質(zhì)的熵稱為比熵 ,用【 /?】表示。表示系統(tǒng)放熱 。對于任何工質(zhì) ,定熵流動有如下重要方程。而單組分兩相流的物理過 程比較復(fù)雜 ,因?yàn)閮上嘀g伴有質(zhì)量的傳遞等問題 ,尤其是兩相之間的傳熱問題。因?yàn)閲娮熘械拈W蒸過程十分復(fù)雜 , 不僅受壓降、質(zhì)量流和噴 嘴安放位置影響 ,而且還與兩相之間的質(zhì)量、能量傳遞有關(guān)。 ..等熵均相模型 等熵均相模型是一種相對簡單的兩相流模型 ,其假設(shè)有 :熱力學(xué)平衡伴隨于整個 膨脹過程中 ,并且氣體與液體均勻混合 ,兩相之間有充足的時間進(jìn)行質(zhì)量、動量和能量 的傳遞 。年 ,曾經(jīng)指出 等熵均相模型適用于低于大氣壓的環(huán)境下 ,但是并沒有具體的實(shí)驗(yàn)報道。閃蒸 原理經(jīng)常被利用在熱力發(fā)電廠中鍋爐排水的回收和地?zé)岚l(fā)電中。 結(jié)合飽和水熱物理性質(zhì)表 ,查出各位置點(diǎn)的參數(shù)值。 : ,熱海水溫度℃ ,真空室溫度 阢 .。瓴一 ..... ℃靠冷凝器維持 ,理論分析時令其等于冷卻溫度 ,對應(yīng)的真空室飽和壓強(qiáng)江蘇大學(xué)碩士掣位論文 過程 .:的熱海水因真空室內(nèi)外壓差作用被吸入真空室透平機(jī)中 ,并開始 進(jìn)入縮放噴嘴入口位置點(diǎn)。,.一噴嘴入口至轉(zhuǎn)子中心的距 離 ,。 過程 .:飽和的海水通過喉部后 ,開始出現(xiàn)閃蒸 ,液體中會出現(xiàn)大量氣泡。由表 .可知海水從進(jìn)入透平機(jī)到以兩相流形式噴出 ,海水的 焓值減少了 ,根據(jù)穩(wěn)定流動的能量方程 : . 譬等 , 式中 ,一海水的相對速度 ,/。 . ..?.. 由此可得理論最大發(fā)電率為 : //% . ./..%,說明 因閃蒸作用 . 水流入容器 ,剩余的 海水落入真空室底部。 一 , . .... 表 .流體在各位置點(diǎn)物理量 .汽液混臺物 圖 .海水流動模型圖 .江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 弋 倒 媚 熵 //. 圖 .熱力學(xué)溫熵圖 .從表 .可以看出 ,點(diǎn)和的焓差相差很小 ,因此消耗的理論泵功很少 ,因此系統(tǒng) 產(chǎn)生的凈功是很可觀的。 圖 .理論淡水率同熱海水溫度和冷卻溫度的關(guān)系 ., 基于太陽池的海水淡化與發(fā)電集成系統(tǒng)的研究 圖 .理論發(fā)電量同熱海水溫度和冷卻溫度的關(guān)系 . , .系統(tǒng)熱效率的計算 在對系統(tǒng)進(jìn)行熱力學(xué)過程進(jìn)行理論分析時 ,位置點(diǎn)、和的溫度相差不大 ,可視 為相同溫度。設(shè)Ⅳ為三角循環(huán)的凈功 ,為系統(tǒng)吸收的 總熱量 ,則 . Ⅳ ,鈣≈去。 ,則本系統(tǒng)的熱效率約為 : 刁罱溯以弭 % 說明系統(tǒng)約有 .%的能量對外做功 ,如果這些能量全部轉(zhuǎn)化為電能 ,則系統(tǒng)的理 論最大發(fā)電率約為 .%,該值與 .式計算結(jié)果接近。 部分 。 一般太陽池 中熱量的提取有兩種方式即直接取熱和間接取熱【】 : 直接取熱就是把太陽池下對流層中的熱鹽水直接取出 ,然后利用池外的換熱器放出 熱量 ,以用于生活和生產(chǎn) ,等放出的熱溶液換熱冷卻后再輸入到太陽池中。這種方式 對于池的穩(wěn)定性較小 ,利于太陽池的長 期穩(wěn)定運(yùn)行。對于管內(nèi)流體 ,常取管內(nèi)進(jìn)出口截面流體的平均溫度的算 術(shù)平均值即 ,酊 /,其中 ,‘ ,哆分別為進(jìn)出口截面流體的平均溫度。 流速增加 ,可以減少管內(nèi)污垢在蛇管表面的沉積 ,提高傳熱系數(shù) ,降低污垢熱阻的影響。 蛇管管徑的選擇 管徑的選擇是否合理直接影響著冷凝器的傳熱效果。當(dāng)海水的質(zhì)量流一定時 ,根據(jù)設(shè)計所選定的流 速可以求得管徑內(nèi)徑 . 計算出蛇管管徑后 ,可以按照標(biāo)準(zhǔn)的管徑規(guī)格進(jìn)行選擇。特別對于管內(nèi)工質(zhì)為蒸汽時 ,如果蛇管過長 ,管內(nèi)會產(chǎn)生凝液積聚的現(xiàn)象 , 從而降低了蛇管的傳熱效果。 :盟 也 ?二 式中 ,一流體的運(yùn)動粘度 ,/。 。 . 硒 % 其中 ,一管外側(cè)換熱面積 ,根據(jù)蛇管長度可求得 , 。 。一蛇管外壁溫 ,℃。 管內(nèi)側(cè)平均換熱系數(shù)的計算 蛇管內(nèi)的流體換熱系數(shù)的基本公式為 : . 鏟等 %蛇管完全處于溫度恒定的太陽池中 ,在計算管 外側(cè)換熱系數(shù)時 ,要先假設(shè)出管壁溫 一 度。 ,管內(nèi)流動狀態(tài)為層流 。而這 三種狀態(tài)的判斷依據(jù)就是利用雷諾數(shù)的大小來判斷。 蛇管管長的選取 一般彎曲蛇管的傳熱系數(shù)較直管的大 ,但不宜過長。管徑過大會增加蛇管的加工難度。而且蛇管的流體阻力要比直管 大 ,因此流體速 度也不能太大。‖一根據(jù)定性溫度查取的流體比熱 , /‘。 特別是所設(shè)計的換熱器必須具有耐腐蝕的特點(diǎn) ,以免影響太陽池的使用壽命。為了克 服上述缺點(diǎn) ,可以在池中安裝兩邊打孔且?guī)С岬木勐纫蚁┕軄砣〈苯釉诔剡叧橐旱姆? 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 式 ,以減少對池水的擾動。 根據(jù)熱力學(xué)分析過程 ,得出了不同熱海水溫度和冷卻溫度與理論淡水率和發(fā)電量 之間的關(guān)系圖 。熱海水溫度或減少 ,真空室溫度都可以提高系統(tǒng)三角 循環(huán)的熱效率 ,從而提高了系統(tǒng)發(fā)電量。 . ‰‖去 ,一 三角循環(huán)的熱效率可近似表達(dá)為 : ????≈ ?? ● .’ 四。從圖 .可知 ,本系統(tǒng)熱力學(xué)過 程可近似于三角循環(huán) ,即循環(huán) ,.?？梢钥闯?,發(fā) 電量和淡水量隨著海水溫度的升高而增加 ,隨著冷卻溫度的升高而降低。一 .... 過程 .:生成的淡水與剩余的海水由水泵抽出真空室。如果海水等熵膨脹 ,海水減少的焓值將全部轉(zhuǎn) 化為汽液混合物的機(jī)械能。 如果此過程忽略膨脹不充分 ,機(jī)械摩擦而造成的能量損失等因素 ,可以視為等熵膨脹。 過程 :過冷海水由噴嘴入口進(jìn)入漸縮段并開始進(jìn)入喉部位置點(diǎn)。?位置點(diǎn)的壓強(qiáng)按標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 , 。忽略流道中各種能量損失 , 結(jié)合圖 .、圖 .和圖 .,具體的熱力學(xué)過程理論分析如下 : 的冷海水經(jīng)太陽池?fù)Q熱器加熱至 ,此時海水處于過冷狀態(tài) 過程 .將 未飽和。 ./,冷海水溫度。海水在縮放噴嘴中的流動模型如圖 .所示 。 ..閃蒸原理 在本系統(tǒng)中 ,熱海水在噴嘴喉部附近發(fā)生閃蒸 ,部分海水汽化 ,因此閃蒸現(xiàn)象是實(shí) 現(xiàn)本系統(tǒng)中汽液分離的重要原理。兩相的流動速度相 等。而且多數(shù)是以高溫高壓下的液體作為研究對象 ,對于研究低溫 168。但是 ,目前對于單組分兩相流的研究并不徹底。為軸功或旋轉(zhuǎn)功 ,上式表示在穩(wěn)定無摩擦流動的開口系統(tǒng)中 ,如果忽略動 能和位能的變化 ,軸功就等于系統(tǒng)的焓差 ,這是透平機(jī)械中運(yùn)用的一個重要方程。根據(jù)溫熵圖 ,可以用過程線和橫坐標(biāo)所包圍的面積來表示熱量 ,即有 . 辦 :面移餌簽 所謂定熵過程是指比熵保持不變的過程 ,對于可逆絕熱的熱力學(xué)過程就屬于定熵過 程。一傳熱時的熱力學(xué)溫度 ,。 焓是一個狀態(tài)參數(shù) ,它的值與熱力學(xué)途徑無關(guān)。 ..反動透平機(jī) 所謂透平機(jī)是將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能并向外輸出的旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備 ,簡稱透平或者渦輪 , 工程上常用的透平設(shè)備有蒸汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、航空發(fā)動機(jī)等。因此選擇太 陽池作為系統(tǒng)供熱源是符合要求的。 .太陽能海水淡化與發(fā)電集成系統(tǒng)的組成 ..太陽池 在本系統(tǒng)中首選太陽池作為低溫供熱源 ,太陽池是一種具有濃度梯度的鹽水池 ,它 可以兼做太陽能集熱器和貯熱器 ,它的結(jié)構(gòu)簡單 ,操作方便 ,價格低廉 ,易于大規(guī)模使 用。由于透平機(jī)中的縮放噴嘴兩出口方向相反 ,因此高速 噴出的汽液混合物對噴嘴產(chǎn)生一對反作用力。 淡水池 海水池 圖 .太陽能海水淡化與發(fā)電集成系統(tǒng)原理圖 .系統(tǒng)的原理簡述如下 : 首先利用太陽池中的蛇管換熱器將常壓下的冷海水加熱到一之間 ,然后在大 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 氣壓作用下熱海水進(jìn)入真空室的反動透平機(jī)中。 國內(nèi)對太陽能海水淡化與發(fā)電一體化的研究始見于年程顯超等人申報的“太陽 能多效海水淡化及其發(fā)電設(shè)施 專利號 :.,其原理為采用太陽能 集熱器加熱海水后生成蒸汽 ,然后利用傳統(tǒng)的汽輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件 ,設(shè)計制造了一個小型太陽能海水淡化與發(fā)電裝置 ,很好的證明 了利用太陽能同步進(jìn)行海水淡化與發(fā) 電的可行性。結(jié)合兩相流原理和單相氣體變