基于竖管降膜的多效太阳能苦咸水蒸馏器设计及性能分析

工业化太阳能苦咸水淡化系统对基础设施要求高,无法满足当前缺水地区小型分布式淡水制备的需求。针对上述问题,该研究提出一种新型基于竖管降膜的多效太阳能苦咸水蒸馏器,其具有液膜蒸发、多效运行、传热热阻小、热能利用效率高等特点。基于封闭小空间内蒸发冷凝机理,分析装置内水蒸气传热传质过程,基于此,分别测试定输入功率运行工况下,一效、二效、三效和四效蒸馏器的产水速率、蒸发温度和冷凝温度的变化规律,研究不同效数对装置单位能耗产水率l和性能系数(Gain Output Ratio,GOR)等的影响,分析多效太阳能苦咸水蒸馏器的投资回收周期等经济评估参数。结果表明,装置单位能耗产水率、产水速率和性能系数均随运行效数的增加而增大,当输入电功率为200W时,四效苦咸水蒸馏器达到稳态运行时单位能耗产水率和产水速率分别为1.45 g/kJ、1.039 kg/h,分别比三效蒸馏器增加36.80%、35.88%,四效苦咸水蒸馏器运行温度为83.76℃,蒸发冷凝总温差为19.07℃,性能系数达到3.36,投资成本回收周期约为5.69 a,具有较好的分布式制水应用前景。     

聚光蒸发式太阳能苦咸水淡化系统水体光热性能分析

针对太阳能苦咸水淡化系统中太阳能集热系统在高温段时效率低,而苦咸水淡化系统在低温段时效率低的结构性不匹配问题,提出了聚光蒸发式太阳能苦咸水淡化系统。为了提高苦咸水对入射太阳光的吸收作用,对太阳能集热系统中的苦咸水进行功能化处理,并对功能化苦咸水的透射率进行了光学性能分析,在实际天气条件下,对功能化苦咸水的热能利用效率进行了试验研究。结果表明,功能化苦咸水的透射率随粒子丰度增加而减小,随粒径减小而降低;粒子丰度由6.25增加为50.0 mg/L时,含有粒径为0.72 mm粒子的功能化水体的热能利用效率增加了41.3%;功能化苦咸水热利用效率计算结果与光学性能测试结果变化趋势一致。该研究为提高太阳能苦咸水淡化系统热利用效率提供了参考。     

聚光集热苦咸水蒸馏装置中含吸光颗粒水体的光吸收特性

传统太阳能蒸馏装置存在传热热阻大,传热换热环节多等缺陷,导致太阳能蒸馏装置热能利用效率低和淡水产量小,鉴于此,该文设计一种新型基于聚光集热的苦咸水蒸馏装置,利用抛物碟式聚光器将入射太阳光汇聚并直接在含有大量黑色多孔颗粒苦咸水体内完成光热转化,克服了传统太阳能蒸馏器光传输方向与热传输方向相反的缺点,减少了装置传热换热环节,使得聚光直接加热苦咸水蒸馏产水得以实现,该文对于装置中实现光热直接转化的水体光吸收特性展开试验测试和理论分析,借助光学积分箱对影响水体模拟受热温升阶段和沸腾蒸发阶段光吸收特性的吸光颗粒粒径、颗粒丰度及光程等因素展开研究。结果表明,含较小粒径吸光颗粒的水体光吸收特性较好,在模拟受热温升过程中,含粒径为0.5 mm颗粒的水体最大光吸收比比含有粒径为1.0 mm颗粒的水体增加9.0%,模拟受热沸腾过程中,丰度为6.7 g/L水体光吸收比是丰度为0.75 g/L水体的4.94倍,且水体光吸收比随沸腾程度呈指数函数变化规律。该研究结果为太阳能苦咸水蒸馏技术的热能高效利用提供参考。     

聚光回热式太阳能土壤灭虫除菌装置光热性能

该文针对传统设施农业土壤灭虫除菌过程使用化学消毒法所带来的环境污染和农作物药物残留等问题,提出了新型聚光回热式太阳能土壤灭虫除菌装置,利用太阳能聚光集热技术加热空气进而对农业种植土壤进行高温消毒,同时将土壤所含有机物加热挥发,实现对农业种植土壤的修复,同时处理后的热土壤对进料空气进行预热,提高了装置的热能利用效率。该文介绍了聚光回热式太阳能土壤灭虫除菌装置的工作原理,利用光学仿真软件对装置中复合多曲面聚光器的光学效率进行了计算,基于光学计算结果,对聚光回热式太阳能土壤灭虫除菌装置的光热性能进行了室外试验,测试了装置的空气加热温度和集热效率。结果表明,用于土壤灭虫除菌的热空气在聚光比为3.6,流动速度为1.075 m/s时,装置的集热效率最高,加热后空气温度最高达到了88℃左右,集热效率为65%左右,能够满足农业土壤灭虫除菌所需的温度需求。     

设施农业用槽式太阳能聚光电热联供系统性能分析与试验

该文针对在设施农业中棚顶安装的光伏组件挡光导致棚间距离增加,提出一种可以用在设施农业中的槽式太阳能聚光电热联供系统,通过减少输出额定电功率所需光伏组件的数量以提高设施农业经济性,同时还可以在寒冷季节为作物生长提供热能。该文介绍了该聚光电热联供系统的工作原理,利用光学仿真软件对聚光器的聚光性能进行了仿真计算,搭建了聚光电热联供系统性能测试台,将电热联供系统组件与平板光伏组件工作温度进行了对比,通过改变换热介质流量,分析了系统综合性能效率随换热介质流量变化的规律。结果表明,在约2倍聚光条件下,换热介质质量流量为2.41 g/s,室外平均气温为2℃时,槽式聚光电热联供系统的输出电功率约是平板光伏组件的2倍,系统综合性能效率为69.88%,系统输出水温约为20℃左右。该研究可以为设施农业与太阳能光伏利用技术的高效耦合提供了参考。     

太阳能干燥装置槽式复合抛物面聚光器热性能分析

直接式太阳能干燥系统在运行过程中,存在物料表面受热易硬化而阻碍其内部水分蒸发的问题,鉴于此,该文设计一种新型槽式复合抛物面聚光集热太阳能干燥系统,其由槽式复合抛物面聚光集热器、物料托盘、风机、空气管、控制系统等组成。利用光学仿真软件对系统中槽式复合抛物面聚光器进行光线追迹,计算分析不同入射偏角对聚光器光学效率、聚光效率等的影响机理。在此基础上,搭建太阳能槽式复合抛物面聚光集热干燥性能测试系统,在实际天气条件下,对聚光集热单元性能展开测试研究。结果表明,当入射光径向偏角为10?时,聚光器理论光学效率可达到70.38%,晴天太阳光正入射运行、空气流速为6.5 m/s时,接收体出口空气温度最高为37.2℃,比径向入射偏角为10?时提高了7.8%;加装玻璃盖板可有效提高聚光器光热转换效率,晴天时其最大转换效率为55%左右,比无玻璃盖板时最大效率提高了约120%。研究结果可为主动式太阳能聚光集热干燥系统的进一步应用提供了参考。     

添加黑色粒子降低太阳能苦咸水淡化系统中水体通光性能

针对太阳能苦咸水淡化系统中太阳能集热系统在高温段时(≥100℃)效率低,而苦咸水淡化系统在低温段时效率低的结构性不匹配问题,提出了聚光直接加热式太阳能苦咸水淡化系统,为了提高苦咸水的吸光能力,将黑色粒子投入到透明玻璃蒸发器内的苦咸水中,实现了苦咸水的功能化,从光学角度对功能化苦咸水的通光性能展开研究,给出沸腾状功能化水体的通光性能变化规律,并对非沸腾状苦咸水的通光率进行了理论计算。结果表明,功能化苦咸水的通光率随粒子丰度增大在特定点前快速减小而后减小缓慢,其中在测试范围内,含有粒径为0.63 mm粒子的功能化水体的通光率最小,水体通光率最大可减小60.09%;且理论计算变化曲线与试验测量变化曲线趋势一样,理论计算结果与试验测试结果吻合较好,2个测试水体的决定系数R2分别为0.98694和0.96641。该文为提高苦咸水吸光能力的研究提供了有价值的参考。     

太阳能装配式蒙古包供能用多曲面聚光器性能

严寒寒冷地区装配式蒙古包冬季供能多采用生物质燃烧、电加热等方式，无法满足分布式绿色低碳可持续供能的要求。为解决上述问题，该文提出一种用于装配式蒙古包的新型太阳能多曲面聚光集热供能技术，其具有太阳辐射"接力"供能、热输运阻力小、集热装置与蒙古包围护合而为一、正浮力梯度传热等特点，介绍了技术运行原理及所用多曲面聚光器结构参数，利用光学仿真软件TracePro对聚光器光学性能随时间的变化规律进行了分析，对比研究了实际天气条件下正浮力梯度传热与负浮力梯度传热对聚光器内空气进出口温度、集热量等热性能的影响。结果表明，当径向入射偏角为15°时，聚光器光线接收率约为89.50%，当轴向入射偏角为30°时，聚光器光线接收率为83.47%，相邻不同朝向聚光器在10:30和13:30左右聚光效率复合；在冬季晴天，采用正浮力梯度传热方式的聚光器最大出口温度与最大集热量分别为21.3 ℃和787.29 W，分别比采用负浮力梯度传热方式的聚光器提升了9.3 ℃和59.30%。此外，聚光器采用正浮力梯度传热与负浮力梯度传热时的光热转化效率分别为46.81%和35.71%，研究结果可以为装配式蒙古包供能用聚光器集成提供参考。