【導(dǎo)讀】除文中已注明引用的內(nèi)容以外,本論文不包含任何其他個(gè)人或。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體,均已在文中以明確方。人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。復(fù)制手段保存論文。本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致,允許論。碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)》并向社會(huì)提供查詢。論文的公布包括刊登授權(quán)江。本學(xué)位論文屬于不保密口。水和能源都是人類不可或缺的資源。隨著世界人口的增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)。機(jī),而且還造成了環(huán)境的污染。因此,人類迫切需要一種新能源來(lái)滿足日益。增長(zhǎng)的需求,而太陽(yáng)能作為一種清潔能源,具有很大的吸引力和前景。太陽(yáng)能進(jìn)行海水淡化將是未來(lái)解決淡水危機(jī)的一種有效途徑。該系統(tǒng)不需要消耗化石燃料,不污染環(huán)境。瓦爾噴嘴的設(shè)計(jì)過(guò)程,得到了拉瓦爾噴嘴喉部直徑和出口直徑的計(jì)算公式?；诎⒒椎侣菪€,初步提出了一種新型碟型噴嘴。同時(shí),冷凝器制造誤差、

　　

【正文】 回收和地?zé)岚l(fā)電中。 .熱力學(xué)過(guò)程分析 由于噴嘴中兩相流之間的物理變化過(guò)程十分復(fù)雜 ,為了便于理論分析 ,采用等熵均 相模型。海水在縮放噴嘴中的流動(dòng)模型如圖 .所示 。系統(tǒng)的熱力學(xué)溫熵圖如圖 .所示。 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。另外給出典型參數(shù) :海水質(zhì)量流 留。 ./,冷海水溫度。 ,環(huán)境溫度。 : ,熱海水溫度℃ ,真空室溫度 阢 .。海水在各位置點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的物理參數(shù)如表 .所示。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(guò)程理論分析如下 : 的冷海水經(jīng)太陽(yáng)池?fù)Q熱器加熱至 ,此時(shí)海水處于過(guò)冷狀態(tài) 過(guò)程 .將 未飽和。如果忽略海水在太陽(yáng)池 換熱器中的壓損 ,該過(guò)程可以看作定壓加熱 ,那么系 統(tǒng)提供的總熱流量為 : . ≯鳥(niǎo)。瓴一 ..... ℃靠冷凝器維持 ,理論分析時(shí)令其等于冷卻溫度 ,對(duì)應(yīng)的真空室飽和壓強(qiáng)江蘇大學(xué)碩士掣位論文 過(guò)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(kāi)始 進(jìn)入縮放噴嘴入口位置點(diǎn)。引入均質(zhì)液體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的壓強(qiáng)計(jì)算公式 : .. ‖緲 ‖‘緲‘ 式中 ,一噴嘴入口位置的海水壓強(qiáng) ,。?位置點(diǎn)的壓強(qiáng)按標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 , 。一海水密度 ,/:緲一噴嘴旋轉(zhuǎn)角速度 ,/。,.一噴嘴入口至轉(zhuǎn)子中心的距 離 ,。 根據(jù)式 .可知噴嘴入 :海水的壓強(qiáng)隨著 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速增加而有所升高 ,但是點(diǎn)海水 的溫度和熵同點(diǎn)相比變化很小 ,因此該過(guò)程可以看做等熵壓縮。 過(guò)程 :過(guò)冷海水由噴嘴入口進(jìn)入漸縮段并開(kāi)始進(jìn)入喉部位置點(diǎn)。在此過(guò) 程海水壓強(qiáng)降至入口熱海水溫度℃對(duì)應(yīng)的飽和值 . ,海水流速增加 ,并 在噴嘴喉部達(dá)到飽和狀態(tài)。 過(guò)程 .:飽和的海水通過(guò)喉部后 ,開(kāi)始出現(xiàn)閃蒸 ,液體中會(huì)出現(xiàn)大量氣泡。在 漸擴(kuò)段海水壓力繼續(xù)降低 ,氣泡逐漸擴(kuò)大并逐漸變成霧狀流從噴嘴出口位置點(diǎn)噴出。 如果此過(guò)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。 而過(guò)程 .’為海水在噴嘴內(nèi)部實(shí)際膨脹的過(guò) 程 ,實(shí)際上噴嘴出口的溫度要略大于真空室 溫度理論假設(shè)為。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(dòng)的能量方程 : . 譬等 , 式中 ,一海水的相對(duì)速度 ,/。 可知 ,工質(zhì)在絕熱穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程中 ,任一截面上工質(zhì)的焓與其動(dòng)能之和保持定值 , 因此流體動(dòng)能的增加等于其焓值的減少。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。如果混合物的機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為電能則可以得到理論最大電 能 : 一。 . ..?.. 由此可得理論最大發(fā)電率為 : //% . ./..%,說(shuō)明 因閃蒸作用 . 水流入容器 ,剩余的 海水落入真空室底部。被冷凝器帶走的理論最大熱流量忽略熱損應(yīng)該為 : . ≯’。一 .... 過(guò)程 .:生成的淡水與剩余的海水由水泵抽出真空室。由此消耗的理論泵功應(yīng) 該為點(diǎn)和的焓差。 一 , . .... 表 .流體在各位置點(diǎn)物理量 .汽液混臺(tái)物 圖 .海水流動(dòng)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。在相同海水質(zhì)量流的情況下 . /,取不同冷卻溫度和熱海 水溫度 ,可得到系統(tǒng)的理論最大淡水量和發(fā)電量 ,如圖 .和圖 .所示。可以看出 ,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。因此 ,冷凝器 對(duì)本系統(tǒng)真空室保持低溫低壓十分重要。 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(yáng)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(jì)算 在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行熱力學(xué)過(guò)程進(jìn)行理論分析時(shí) ,位置點(diǎn)、和的溫度相差不大 ,可視 為相同溫度。同理點(diǎn)和的溫度視為相等 ,見(jiàn)表 .。從圖 .可知 ,本系統(tǒng)熱力學(xué)過(guò) 程可近似于三角循環(huán) ,即循環(huán) ,.。結(jié)合式 .,三角循環(huán)的熱效率可用面積比 來(lái)表示 ,即利用三角形 ,?與梯形 ,....的面積之比 ,作為整個(gè)三 角循環(huán)的熱效率 ,其簡(jiǎn)化模型如圖 .所示。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。一 。 . ‰‖去 ,一 三角循環(huán)的熱效率可近似表達(dá)為 : ????≈ ?? ● .’ 四。 刁罟憊≈雨 島托 取。 ,則本系統(tǒng)的熱效率約為 : 刁罱溯以弭 % 說(shuō)明系統(tǒng)約有 .%的能量對(duì)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(jì)算結(jié)果接近。將式 .變形之后可得 :江 蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 . 刁≈糟斗去 /從式 .可以看出 ,增加。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。 成 圖 .三角循環(huán)模型圖 ..本章小結(jié) 詳細(xì)闡述了太陽(yáng)能海水淡化與發(fā)電集成系統(tǒng)的工作原理 ,簡(jiǎn)述了系統(tǒng)的主要組成 。 部分 。 討論了系統(tǒng)所需要的主要理論和模型 ,詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的熱力學(xué)分析過(guò)程 ,得出 了典型參數(shù)下的淡水率和發(fā)電量 。 根據(jù)熱力學(xué)分析過(guò)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 。 根據(jù)溫熵圖得出了系統(tǒng)三角循環(huán)的熱效率公式。 一般太陽(yáng)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(yáng)池下對(duì)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(yáng)池中。這種方式取 熱 ,效率比較高 ,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,但是對(duì)太陽(yáng)池的擾動(dòng)較大 ,不利于池的穩(wěn)定運(yùn)行。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?lái)取代直接在池邊抽液的方 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 式 ,以減少對(duì)池水的擾動(dòng)。 間接取熱就是在太陽(yáng)池中安裝換熱器 ,間接把熱量交換出來(lái) ,見(jiàn)圖 .。這種方式 對(duì)于池的穩(wěn)定性較小 ,利于太陽(yáng)池的長(zhǎng) 期穩(wěn)定運(yùn)行。但是此種方式效率較低 ,造價(jià)較高。 特別是所設(shè)計(jì)的換熱器必須具有耐腐蝕的特點(diǎn) ,以免影響太陽(yáng)池的使用壽命。 口 土壤 黑色也底 圖 .典型鹽梯度太陽(yáng)池結(jié)構(gòu)圖 . .太陽(yáng)池蛇管換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算 ..計(jì)算步驟 蛇管換熱器遵循一般換熱器的設(shè)計(jì)方法【】 : 定性溫度的選取 由于流體的物性參數(shù)是隨著溫度變化而改變的 ,因此在換熱計(jì)算時(shí)要選取一定性溫 度 ,來(lái)確定流體的物理數(shù)據(jù)。對(duì)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。 換熱量的計(jì)算 根據(jù)定性溫 度確定流體物理參數(shù)后 ,如果忽略熱損便可計(jì)算出整個(gè)換熱過(guò)程的總換 熱量 ,即為冷流體吸收的總熱量 ,可用下式表示 : . ≯‰‖ ?多 其中 ,辨一管內(nèi)冷流體的質(zhì)量流 ,/。‖一根據(jù)定性溫度查取的流體比熱 , /‘。 管內(nèi)冷流體的速度選擇 基于太陽(yáng)池的海水淡化與發(fā)電集成系統(tǒng)的研究 管內(nèi)流體流速的大小 ,不僅影響換熱器的換熱效率 ,也影響到操作中的動(dòng)力消耗。 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。 但是隨著流速增大 ,流體阻力也會(huì)增加 ,動(dòng)力消耗增大。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。對(duì)于一般蛇管換熱器管內(nèi)液體的流速范圍一般取 .~ ./。 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。管徑過(guò)小 ,有利于增大管內(nèi)的 換熱系數(shù) ,但是會(huì)增大輸送工質(zhì)所需要的動(dòng)力。管徑過(guò)大會(huì)增加蛇管的加工難度。因此 需要通過(guò)仔細(xì)核算 ,來(lái)選擇合理的管徑。當(dāng)海水的質(zhì)量流一定時(shí) ,根據(jù)設(shè)計(jì)所選定的流 速可以求得管徑內(nèi)徑 . 計(jì)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。最終確定蛇管的外徑以及 管壁厚度。 蛇管管長(zhǎng)的選取 一般彎曲蛇管的傳熱系數(shù)較直管的大 ,但不宜過(guò)長(zhǎng)。太長(zhǎng)時(shí)會(huì)增加管內(nèi)流體的阻 力 , 能量消耗大。特別對(duì)于管內(nèi)工質(zhì)為蒸汽時(shí) ,如果蛇管過(guò)長(zhǎng) ,管內(nèi)會(huì)產(chǎn)生凝液積聚的現(xiàn)象 , 從而降低了蛇管的傳熱效果。 雷諾數(shù)的計(jì)算 對(duì)于管內(nèi)流體的換熱一般分為三種情況 :層流換熱、過(guò)渡流換熱和湍流換熱。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(lái)判斷。雷諾數(shù)的計(jì)算公式 .. 尺。 :盟 也 ?二 式中 ,一流體的運(yùn)動(dòng)粘度 ,/。 如果 ,。 ,管內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)為層流 。足 ,管內(nèi)流動(dòng)為過(guò)渡流 。 。管內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)為湍流。 管內(nèi)側(cè)平均換熱系數(shù)的計(jì)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(yáng)池中 ,在計(jì)算管 外側(cè)換熱系數(shù)時(shí) ,要先假設(shè)出管壁溫 一 度。根據(jù)傳熱平衡方程可得管外側(cè)換熱系數(shù) : 。 . 硒 % 其中 ,一管外側(cè)換熱面積 ,根據(jù)蛇管長(zhǎng)度可求得 , 。一太陽(yáng)池下對(duì)流層鹽水 溫度 ,℃ 。一蛇管外壁溫 ,℃。 傳熱系數(shù)的計(jì)算 待計(jì)算出蛇管內(nèi)側(cè)的平均換熱系數(shù)紅和管外側(cè)平均換熱系數(shù)吃之后 ,則可以計(jì)算換 熱器的傳熱系數(shù)。