【導讀】除文中已注明引用的內容以外,本論文不包含任何其他個人或。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體,均已在文中以明確方。人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。復制手段保存論文。本人電子文檔的內容和紙質論文的內容相一致,允許論。碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫》并向社會提供查詢。論文的公布包括刊登授權江。本學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和經濟的發(fā)。機,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滿足日益。增長的需求,而太陽能作為一種清潔能源,具有很大的吸引力和前景。太陽能進行海水淡化將是未來解決淡水危機的一種有效途徑。該系統(tǒng)不需要消耗化石燃料,不污染環(huán)境。瓦爾噴嘴的設計過程,得到了拉瓦爾噴嘴喉部直徑和出口直徑的計算公式?；诎⒒椎侣菪€,初步提出了一種新型碟型噴嘴。同時,冷凝器制造誤差、

　　

【正文】 回收和地熱發(fā)電中。 .熱力學過程分析 由于噴嘴中兩相流之間的物理變化過程十分復雜 ,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模型如圖 .所示 。系統(tǒng)的熱力學溫熵圖如圖 .所示。 結合飽和水熱物理性質表 ,查出各位置點的參數(shù)值。另外給出典型參數(shù) :海水質量流 留。 ./,冷海水溫度。 ,環(huán)境溫度。 : ,熱海水溫度℃ ,真空室溫度 阢 .。海水在各位置點所對應的物理參數(shù)如表 .所示。忽略流道中各種能量損失 , 結合圖 .、圖 .和圖 .,具體的熱力學過程理論分析如下 : 的冷海水經太陽池換熱器加熱至 ,此時海水處于過冷狀態(tài) 過程 .將 未飽和。如果忽略海水在太陽池 換熱器中的壓損 ,該過程可以看作定壓加熱 ,那么系 統(tǒng)提供的總熱流量為 : . ≯鳥。瓴一 ..... ℃靠冷凝器維持 ,理論分析時令其等于冷卻溫度 ,對應的真空室飽和壓強江蘇大學碩士掣位論文 過程 .:的熱海水因真空室內外壓差作用被吸入真空室透平機中 ,并開始 進入縮放噴嘴入口位置點。引入均質液體旋轉運動的壓強計算公式 : .. ‖緲 ‖‘緲‘ 式中 ,一噴嘴入口位置的海水壓強 ,。?位置點的壓強按標準大氣壓 , 。一海水密度 ,/:緲一噴嘴旋轉角速度 ,/。,.一噴嘴入口至轉子中心的距 離 ,。 根據(jù)式 .可知噴嘴入 :海水的壓強隨著 轉子轉速增加而有所升高 ,但是點海水 的溫度和熵同點相比變化很小 ,因此該過程可以看做等熵壓縮。 過程 :過冷海水由噴嘴入口進入漸縮段并開始進入喉部位置點。在此過 程海水壓強降至入口熱海水溫度℃對應的飽和值 . ,海水流速增加 ,并 在噴嘴喉部達到飽和狀態(tài)。 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。在 漸擴段海水壓力繼續(xù)降低 ,氣泡逐漸擴大并逐漸變成霧狀流從噴嘴出口位置點噴出。 如果此過程忽略膨脹不充分 ,機械摩擦而造成的能量損失等因素 ,可以視為等熵膨脹。 而過程 .’為海水在噴嘴內部實際膨脹的過 程 ,實際上噴嘴出口的溫度要略大于真空室 溫度理論假設為。由表 .可知海水從進入透平機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 ,/。 可知 ,工質在絕熱穩(wěn)定流動過程中 ,任一截面上工質的焓與其動能之和保持定值 , 因此流體動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 化為汽液混合物的機械能。如果混合物的機械能全部轉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該為 : . ≯’。一 .... 過程 .: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 該為點和的焓差。 一 , . .... 表 .流體在各位置點物理量 .汽液混臺物 圖 .海水流動模型圖 .江蘇大學碩士學位論文 弋 倒 媚 熵 //. 圖 .熱力學溫熵圖 .從表 .可以看出 ,點和的焓差相差很小 ,因此消耗的理論泵功很少 ,因此系統(tǒng) 產生的凈功是很可觀的。在相同海水質量流的情況下 . /,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?？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。因此 ,冷凝器 對本系統(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系 . , .系統(tǒng)熱效率的計算 在對系統(tǒng)進行熱力學過程進行理論分析時 ,位置點、和的溫度相差不大 ,可視 為相同溫度。同理點和的溫度視為相等 ,見表 .。從圖 .可知 ,本系統(tǒng)熱力學過 程可近似于三角循環(huán) ,即循環(huán) ,.。結合式 .,三角循環(huán)的熱效率可用面積比 來表示 ,即利用三角形 ,?與梯形 ,....的面積之比 ,作為整個三 角循環(huán)的熱效率 ,其簡化模型如圖 .所示。設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 % 說明系統(tǒng)約有 .%的能量對外做功 ,如果這些能量全部轉化為電能 ,則系統(tǒng)的理 論最大發(fā)電率約為 .%,該值與 .式計算結果接近。將式 .變形之后可得 :江 蘇大學碩士學位論文 . 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 詳細闡述了太陽能海水淡化與發(fā)電集成系統(tǒng)的工作原理 ,簡述了系統(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 ,詳細闡述了系統(tǒng)的熱力學分析過程 ,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 ,等放出的熱溶液換熱冷卻后再輸入到太陽池中。這種方式取 熱 ,效率比較高 ,結構簡單 ,但是對太陽池的擾動較大 ,不利于池的穩(wěn)定運行。為了克 服上述缺點 ,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? 江蘇大學碩士學位論文 式 ,以減少對池水的擾動。 間接取熱就是在太陽池中安裝換熱器 ,間接把熱量交換出來 ,見圖 .。這種方式 對于池的穩(wěn)定性較小 ,利于太陽池的長 期穩(wěn)定運行。但是此種方式效率較低 ,造價較高。 特別是所設計的換熱器必須具有耐腐蝕的特點 ,以免影響太陽池的使用壽命。 口 土壤 黑色也底 圖 .典型鹽梯度太陽池結構圖 . .太陽池蛇管換熱器的設計計算 ..計算步驟 蛇管換熱器遵循一般換熱器的設計方法【】 : 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 ,因此在換熱計算時要選取一定性溫 度 ,來確定流體的物理數(shù)據(jù)。對于管內流體 ,常取管內進出口截面流體的平均溫度的算 術平均值即 ,酊 /,其中 ,‘ ,哆分別為進出口截面流體的平均溫度。 換熱量的計算 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算出整個換熱過程的總換 熱量 ,即為冷流體吸收的總熱量 ,可用下式表示 : . ≯‰‖ ?多 其中 ,辨一管內冷流體的質量流 ,/?！桓鶕?jù)定性溫度查取的流體比熱 , /‘。 管內冷流體的速度選擇 基于太陽池的海水淡化與發(fā)電集成系統(tǒng)的研究 管內流體流速的大小 ,不僅影響換熱器的換熱效率 ,也影響到操作中的動力消耗。 流速增加 ,可以減少管內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 ,流體阻力也會增加 ,動力消耗增大。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。對于一般蛇管換熱器管內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。管徑過小 ,有利于增大管內的 換熱系數(shù) ,但是會增大輸送工質所需要的動力。管徑過大會增加蛇管的加工難度。因此 需要通過仔細核算 ,來選擇合理的管徑。當海水的質量流一定時 ,根據(jù)設計所選定的流 速可以求得管徑內徑 . 計算出蛇管管徑后 ,可以按照標準的管徑規(guī)格進行選擇。最終確定蛇管的外徑以及 管壁厚度。 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。太長時會增加管內流體的阻 力 , 能量消耗大。特別對于管內工質為蒸汽時 ,如果蛇管過長 ,管內會產生凝液積聚的現(xiàn)象 , 從而降低了蛇管的傳熱效果。 雷諾數(shù)的計算 對于管內流體的換熱一般分為三種情況 :層流換熱、過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)的大小來判斷。雷諾數(shù)的計算公式 .. 尺。 :盟 也 ?二 式中 ,一流體的運動粘度 ,/。 如果 ,。 ,管內流動狀態(tài)為層流 。足 ,管內流動為過渡流 。 。管內流動狀態(tài)為湍流。 管內側平均換熱系數(shù)的計算 蛇管內的流體換熱系數(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 外側換熱系數(shù)時 ,要先假設出管壁溫 一 度。根據(jù)傳熱平衡方程可得管外側換熱系數(shù) : 。 . 硒 % 其中 ,一管外側換熱面積 ,根據(jù)蛇管長度可求得 , 。一太陽池下對流層鹽水 溫度 ,℃ 。一蛇管外壁溫 ,℃。 傳熱系數(shù)的計算 待計算出蛇管內側的平均換熱系數(shù)紅和管外側平均換熱系數(shù)吃之后 ,則可以計算換 熱器的傳熱系數(shù)。