[精品]传热研究与性能分析

1、几种不同类型的太阳能蒸憎器的传热研究与性能分析摘要：分析了儿种不同类型太阳能海水淡化装置的结构、工作原理、传热传 质等与装置产水率和性能相关的各种因素，指出了要捉高装置的产水率，改善其 性能，应从减小海水热容量、加强潜热利用、强化传热传质等方面來考虑，为太 阳能海水淡化装置的进一步改善提供参考。关键词：太阳能海水淡化；传热传质；潜热利用刖§随着可饮用淡水资源的h益廣乏，占地球表而积7 0 %多的海水资源的处理 和应用愈來愈受到人们的重视，太阳能海水淡化技术就是一条合理利用海水资 源、解决淡水资源短缺的有利途径，在此技术的基础上已研究和开发出了各种类 型的太阳能海水淡化装置，如单级盘式

2、、多级叠盘式、多级降膜式、降膜蒸发一 气流吸收式、横管降膜蒸发式等。对于各种不同类型的海水淡化装置，由于其结 构、形式、工作原理、传热特性等方而的差异，其性能也冇很大差异。综合分析 齐种不同类型太阳能蒸懾装置的结构、特点和工作原理，研究其传热传质过程， 对改进太阳能蒸憾装置的性能、提高产水率等都具冇重要的意义。1几种太阳能蒸憎器的结构和工作原理几种不同类型太阳能海水淡化装置的结构如图1图5所示。图1单级盘式图2多级盘式n冷口木i叭蚀口i氏水出h图4陆股蒸发式-气流吸收式图3多级降膜式图5横秤降膜蔗发式1单级盘式图1太阳辐射透过玻璃盖板，水盘中的水吸收太阳辐射热蒸发为水蒸气。因盖板 木身吸热少，

3、其温度低于池屮的水温，水蒸气上升与盖板接触后凝结为水滴，沿 着倾斜盖板借助重力作用流入到两侧的集水椚中。2多级叠盘式图2太阳能集热器收集太阳能，并将热量传至多级蒸镉室的底盘，加热其中的海 水使之蒸发。蒸汽在上一级叠盘的底面凝结，同时放出潜热加热蒸发上一盘的盐 水，依此上推，直至最上一个叠盘。在盘底背部凝结的蒸憎水，由盘底正下方的 v形槽引出。3多级降膜式图3由恒温水浴产生的热水，经泵送至第一级板前的扁盒内，用于第一级竖板的 加热，由海水分配器均匀分配的海水在竖板上呈膜状流下，吸收板的热量而蒸发, 蒸汽在下一竖板的左侧凝结并放热，通过竖板将热量传给板右侧流下的膜状海 水，依次直到最后一级竖板。4

4、 降膜蒸发一气流吸收式 图4海水在降膜蒸发一一凝结器3的底部由紫铜管4引入系统，经降膜蒸发一凝 结器3及蒸锢室下部2最终到达分配槽7 ,然后均匀分布在斜板上形成流动液 膜，接受太阳辐射热而蒸发。流击蒸谓室上部1的浓海水进人降膜蒸发一凝结器 的竖管6中，并沿竖管内壁呈膜态降落，吸收管外蒸汽放出的凝结潜热而蒸发。来自风泵的空气从竖管6的底部吹入并上升，直至蒸傭室上部1的顶端，与 管内及蒸留室斜板上的降膜海水产生逆向流动，强迫其蒸发，形成的湿空气流经 蒸惚室下部2及竖管6的管外空间，预热紫铜管4内的海水，并加热蒸发竖管6 内的液膜后，进入气液分离器5,进一步被冷却生成淡水，气液分离器5小未凝 结的蒸

5、汽由风泵送入系统进行再循环。5横管降膜蒸发式图5太阳能集热器提供的热水由泵送入第一级蒸发的分配腔，由分液孔板引入水 平管，提供第一级蒸发所需的热量后汇合，再由连通管8引入第二级水平管，进 一步加热喷淋海水后引出装置，而第三级蒸发所需的热量是由蒸发空间的热蒸汽 提供的。来自循环水泵5的海水经分配器7均匀分布在水平管壁上形成液膜，依次流 经所有管排，并不断受热蒸发，直到蒸发腔底部。喷淋海水部分來门于蒸发腔底 部的余液，部分由外部引入。蒸发腔2上部的蒸汽，由空气泵1 1送入第三级水平管内，在加热管外液膜 的同时，自身降温冷凝，并汇集于出口侧的腔4内，加热由外部引入的海水，再 进入外冷凝器1 7中进一

6、步冷却降温后，引入气水分离器1 3,分离出的淡水由 水阀1 4放出，蒸汽送回蒸发腔下部继续回用。page2 太阳能蒸憾器中的传热传质研究深入了解太阳能海水淡化装置屮的传热传质过程，对捉高其效率、改善其性 能至关重要，许多学者对这一问题进行了深入研究，得出了一些实用的经验关系 式。下面详细分析各种类型的太阳能海水淡化装置中典型的传热过程，作为装置 性能分析的基础。21单级盘式及多级叠盘式早在19 6 1年，d u n k 1 e首先给出了描述这种盘式太阳能蒸缁器工作 过程的一组完整的传热传质关系式，此后又有许多学者都对此进行了研究，并根 据实验结果提出了各自的传热传质关系式。然而，由于实验条件的

7、不同，各关系 式的计算结果有较大差别。文献 8 通过对该类太阳能蒸憎器屮的传热传质和 一些经验关系式进行分析，并考虑到蒸发换热系数和自然对流换热系数之间的关 系会随温度发生变化，以及蒸留器蒸发凝结表而z间的特性尺寸x 1对装置 产水率及性能的影响，得出如卜应用范围更广泛的一组传热传质关系式：hc = o. 2rao. 26*kf/xl( 1 )式屮：h c自然对流换热系数，w/m 2 k ；r a 瑞利数，3. 5 x 1 03<ra<l 06；k f湿空气的热传导系数，w/m k ；x 1蒸馅器的特征几何尺寸，mo该关系式适应的瑞利数范围相当大，并且考虑到蒸锢器中大量水蒸汽的存 在，需要对r a进行修正。式屮：me单位蒸发而积的九 m. pw p八 叫二市尸斤(群_刃(2) m蒸发速率，k g /m 2 s ；p f、c p a f湿空气在蒸发与凝结面平均温度下的密度和比热容；l e路易斯数；n常数，此处nl；m w水蒸气的摩尔质量；r通用气体常数；p、t水蒸气的饱和蒸汽压力和温度。22多级降膜和降膜蒸发气流吸收式竖壁和竖管的降膜蒸发和凝结是这两种类型太阳能蒸傭器屮类似的传热传质过程，通常可用液膜的雷诺数r e來表示膜的流动特性：