太阳能与废热结合的渔船用海水淡化装置研究

【摘要】船舶在海上作业每天都需要消耗大量的淡水用来满足日常生活、工作或者动力的需要。对于吨位较小的中小型渔船因摆放空间、连线配管、运转技术及经费的缺乏，很少装设海水淡化设备，一般在渔船上装设水箱，依搭载人数及作业时间长短，在出航前先加满水。这种供应方式需要长期存水，容易导致细菌滋生，致使饮用水品质严重恶化，产生诸多健康问题，有时还受限于淡水即将耗尽必需靠岸或返航。为了解决中小型渔船饮用水问题，设计了一种新型的海水淡化装置，该装置不仅能够使用渔船上废弃的能源，还能提供大量的新鲜淡水，改善渔民的生活品质。本文设计了一种利用柴油机尾气废热与太阳能相结合的海水淡化装置。该装置由柴油机尾气废热提供热源，同时利用太阳能空气集热器的热空气预热海水，蒸发器中产生的水蒸汽通过板式冷凝器冷却制取淡水。介绍了渔船用海水淡化装置的工作原理，对壳管式蒸发器、板式冷凝器和平板型太阳能空气集热器等系统主要部件进行了理论分析。设计得出蒸发器的有效传热面积3.85m~2，冷凝器的有效传热面积1.020m~2，太阳能集热器的面积2m~2。运用Fluent软件对淡化装置蒸发器进行数值模拟，模拟了海水在蒸发器流动过程中速度场、温度场和压力场的变化情况。模拟结果显示：海水在蒸发器内部吸收能量越多，温度越高，流速越快，压强越小。搭建了淡化装置实验平台，分析了热特性与造水率、盐度、水质及系统成本，比较了两种实验方案的热效率。实验结果表明：柴油机废气的排放量、温度和蒸发器进出口温差对造水量具有很大的影响。柴油机废气出口温度在100～180℃时，随着温度的升高，产水量逐渐增多；蒸发器进出口废气温差越大，造水量越多。结合采用模拟辅助集热器能够快速达到热饱和点，产水效率更快。当柴油机废气温度持续在160℃左右时，海水淡化装置的造水量能够维持在9kg/h，淡化后水的盐度<10mg/L，能够满足中小型渔船渔民的饮用水。
【作者】许攀；
【导师】朱从容；
【作者基本信息】浙江海洋学院，农业机械化（专业学位），2014，硕士
【关键词】柴油机废热；太阳能集热器；海水淡化；数值模拟；

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