超声波露点法海水淡化关键技术研究

论文摘要

以提高海水淡化系统的热效率和产水率为目标，首次提出超声波雾化蒸发技术和露点凝结技术相结合的新设想，利用超声波雾化技术强化蒸发过程传热传质；利用露点凝结改善海水淡化系统的经济性。论文在超声波雾化加湿器原理基础上，搭建了超声雾化蒸发实验平台，建立了相应的蒸发量测试系统，对超声波雾化的微观机制进行探讨：超声波在液体雾化过程中产生的热效应，增加了水分子运动的动能，迫使水分子团簇间的氢键断裂，使大的水分子团簇变小，强化传热传质的进行；超声波雾化过程中能够产生动量积聚，在超声波和表面张力波两者频率相近时激发共振，从而克服海水表面张力，使更多微小的水分子扩散到空气中，加速水分子团簇的雾化和蒸发。这一机制为海水淡化技术的研发提供了新的思路。基于以上实验条件设计盐度和温度两个变量，研究温度为35~68℃之间，盐度为30~50之间的海水在超声作用下的蒸发规律，经过实验数据及其拟合公式表明：温度与盐度共同影响海水的蒸发速率，温度升高，海水的蒸发速率升高，超声波雾化的最适宜温度为50℃~65℃；随着盐度从30到50的改变，对超声波蒸发速率的影响系数很小。超声波的热效应增加了水分子动量，在一定程度上促使水分子克服了因盐度增加而增加的表面张力，使水分子能够有效突破表面张力的约束，加快蒸发过程，提高热效率；超声波海水淡化技术在降低海水浓度的影响方面具有一定的优势，是超声波海水淡化技术的依据。在超声雾化蒸发实验的基础上，结合太阳能集热装置，综合考虑露点凝结海水淡化过程，设计了一套海水淡化装置和热量回收措施，提高系统热效率；建立传热传质耦合数学模型，对系统中主要部件进行分析，对超声技术在露点法海水淡化系统中的应用进行了初步探索。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 海水淡化方法概述
• 1.2 海水淡化技术应用现状
• 1.3 露点蒸发海水淡化技术
• 1.3.1 露点蒸发海水淡化技术原理与发展历程
• 1.3.2 超声波与露点蒸发海水淡化技术的结合
• 1.4 本课题主要研究内容
• 第2章 超声波雾化
• 2.1 引言
• 2.2 超声波
• 2.2.1 超声波的定义
• 2.2.2 超声波的特性
• 2.2.3 超声波的主要基本参数
• 2.3 超声波的作用机理
• 2.3.1 超声波的空化效应
• 2.3.2 超声波的机械效应
• 2.3.3 超声波的热解和自由基效应
• 2.3.4 超声波热效应
• 2.3.5 超声波微扰动效应
• 2.3.6 超声波作用影响因素
• 2.4 超声波雾化及其应用
• 2.4.1 超声波雾化过程
• 2.4.2 超声波雾化应用现状
• 2.4.3 超声波技术在海水淡化中的应用
• 2.5 本章小结
• 第3章 纯水与海水的热物性及关联
• 3.1 纯水的特性
• 3.1.1 水分子的特殊结构
• 3.1.2 水分子的特殊性质
• 3.1.3 水分子间作用力
• 3.1.4 改变水分子间作用力的方法
• 3.1.5 水分子团簇的改变对传热传质的影响
• 3.2 海水的性质和组成
• 3.2.1 海水氯度和盐度
• 3.2.2 海水中的溶解气体
• 3.2.3 海水表面张力
• 3.2.4 海水的粘滞力
• 3.3 本章小结
• 第4章 超声波雾化实验
• 4.1 实验装置及系统简介
• 4.1.1 实验设备和材料
• 4.1.2 实验条件和设计参数
• 4.1.3 实验系统构成和工作模式
• 4.1.4 实验方法
• 4.2 实验误差处理
• 4.3 实验数据处理和结果分析
• 4.3.1 超声波雾化微观机制
• 4.3.2 盐度和温度对超声波雾化的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 超声波露点法海水淡化系统工艺流程分析
• 5.1 引言
• 5.2 超声波露点法海水淡化系统物理模型
• 5.2.1 超声波露点法海水淡化系统简介
• 5.2.2 系统的物理模型
• 5.2.3 超声波露点法海水淡化工作原理
• 5.3 系统主要部件数学模型
• 5.3.1 蒸发器数学模型
• 5.3.2 冷凝器数学模型
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 硕士期间发表论文及申请专利
• 致谢