超重力真空海水淡化蒸发室两相流动模拟研究 SIMULATION STUDY ON THE TWO-PHASE FLOW IN THE EVAPORATOR OF THE WIND POWERED SUPER-GRAVITY VACUUM DESALINATION PROCESS.pdfVIP

第39卷第12期 水处理技术 V01．39No．12 OGYOFVVATERTREATMENT Dec．，2013 16 2013年12月 TECHNOI 超重力真空海水淡化蒸发室两相流动模拟研究 解利昕1，马庆芬2，李粤z，廖宇兰z，王涛2 (1．天津大学化工学院，天津市膜科学与海水淡化技术重点实验室，天津300072； 2．海南大学机电工程学院，海南海口570228) 摘要：为实现风能对海水淡化单元的直接驱动，从而提高风能利用率，提出了1种新型的风能超重力真空海水淡化 技术，并对该技术的关键设备超重力蒸发室内的流体流动和相变行为进行了研究。提出了超重力真空形成理论，据 此得出超重力蒸发室主要结构参数的影响规律：增大转速和半径，减小溢流口压力和高度均有助于超重力真空环 境的形成。借助CFD软件建立了无相变VOF模型，利用模拟结果优化了超重力蒸发室的结构；建立了有相变空穴模 型，模拟结果表明，增设溢流堰的超重力蒸发室旋转时可生成海水常温蒸发所需的真空环境，适合于常温下风力机械 能直接驱动，可减少或避免抽真空负荷和能耗。 关键词：风能；海水淡化；真空；超重力 中图分类号：P747．7 文献标识码：A 文章编号：1000—3770(2013)12．0016-004 海水淡化是缓解淡水短缺问题的一种有效途径， kPa时，开始发生蒸发及冷凝，系统开始运行闸。魏京 而能耗高和环境污染是制约其发展的主要因素。利用 胜等建立了NVD海水淡化的物理模型，认为NVD 可再生能源(RES)进行海水淡化不仅环境友好，而且技术实现海水淡化的必要条件是存在冷源和热源， 有利于减轻传统能源的消耗压力，其中，风能海水淡化 需要增设风机形成强制对流来提高系统效率，所以 系统对环境的影响最小，其影响可降低75％田。因此在风 虽然系统本身耗电量较小，但辅助系统耗电量相对 能资源丰富且淡水资源缺乏的沿海区域或海岛，风能 较大同。Ayhan等建立了太阳能NVD海水淡化系统 是驱动海水淡化单元的最佳选择。风能海水淡化技术 的计算模型，利用巴林地区的太阳能数据进行了计 的研究始于上世纪80年代，与风能结合的海水淡化技 算，得出热海水温度与环境温度相差约20℃时，系 术主要为反渗透和机械蒸汽压缩，在RES驱动的所有 统的性能最佳【引。 海水淡化单元中所占比例分别为19％和5％t2-31。 虽然NVD技术理论上可节省维持真空状态的 当风能与热法结合实现海水淡化时，常温操作 电能，但其利用自然重力获得真空，设备高度高、空间 工况可减少风能向热能的转化环节、降低投入成本 要求高，不利于维护和操作。本文提出1种适合常温 和能量损失，从而提高能量利用效率。利用真空蒸馏 下风能直接驱动的超重力真空海水淡化(SGVD) 技术可实现常温海水淡化，但利用真空泵维持蒸发器 技术，利用风力机械能直接驱动超重力蒸发室及内 内真空状态需要大量的电能，而且随着真空度的增 部流体旋转，产生超重力场并获得海水淡化所需真 空区域，与NVD技术相比，可有效降低设备高度、 加，抽真空速度和能耗会显著增jJI]t4]。为此，Midilli 缩小设备体积，便于安装和维护。通过理论分析和 提出了自然重力真空蒸馏(NVD)技术，利用海水重 力和大气压力自然方法产生真空环境，进行海水常 CFD模拟对该项技术主要设备之一一超重力蒸发 温蒸发及淡化，可减少真空泵的使用及能耗嘲。 室内部流体的流动和相变行为进行研究，从而优化 A1．Kharabsheh等对NVD海水淡化系统的性能设备关键结构并对超重力工况下获得真空环境的可 进行了理论分析，