板式海水淡化傳熱傳質特性模擬及試驗研究.pdf

1、海水淡化技術是解決人類淡水資源危機的重要途徑，已經成為世界各國關注的焦點。低溫多效蒸餾海水淡化由于其預處理過程簡單，不易結垢，腐蝕較低，產品水質較好等諸多優(yōu)點，已發(fā)展成為最主流的海水淡化技術之一。本文提出利用板式換熱器換熱系數高、結構緊湊、占地面積小、易拆裝和清洗的優(yōu)點，發(fā)展板式低溫多效海水淡化技術，開展了關鍵部件換熱特性及系統造水特性理論和試驗研究。主要研究內容和結果如下：
　　板式低溫多效海水淡化系統中人字形波紋板板內單相流和

2、兩相流的流動與傳熱非常重要，是系統設計和優(yōu)化的關鍵。對于單相流，建立數學模型研究人字形波紋板的換熱系數，相關實驗結果表明，模型與實驗結果差別在15％以內。進一步采用數值模擬的方法研究波紋傾角β、波高h和波紋間距λ三個幾何參數對板片性能的影響，結果表明：波紋傾角對板片的換熱以及阻力特性影響較大，β=60°時的傳熱因子比β=30°時的傳熱因子提高60%，但β繼續(xù)增大傳熱因子降低，摩擦因子隨著β的增大而增大；波紋高度對板片的換熱特性影響相對較

3、小，h=6 mm時的傳熱因子僅比h=3 mm的傳熱因子提高約5%，但摩擦因子增大1倍；λ=20 mm時的傳熱因子比λ=5 mm時的傳熱因子降低約30%，摩擦因子卻降低約70%。對于兩相流換熱，在大量實驗數據基礎上，提出蒸發(fā)、冷凝換熱的無量綱換熱關聯式：0.40720.58320.2052.1 Re Re Prtp L G LNu?????，其中液相Re數和氣相Re數的適用范圍分別是：19.9≤ReL≤51.2，599≤ReG≤1693；

4、數值模擬結果表明：波紋傾角對板片表面氣相體積分數分布有較大影響，傾角較大時氣相體積分數較大且不易出現“干斑”；受氣相體積分數的影響，蒸發(fā)相變換熱系數隨著波紋傾角的增大而增大；相同波紋傾角下，蒸發(fā)相變換熱的換熱系數比單相流換熱的換熱系數提高20%~100%。綜合單相流和兩相流的實驗以及數值模擬的結果，推薦適合用于海水淡化系統的板式換熱器板片幾何參數為：波紋傾角60°，波高3~4 mm，波紋間距15~20 mm。
　　本文提出采用板式

5、升膜的方法促使人字形波紋板內形成完整的水膜流動，降低換熱過程中產生“干斑”的概率。基于物料守恒和能量守恒，建立了板式升膜低溫多效海水淡化系統的數學模型，并在此基礎上充分考慮海水物性參數隨其溫度、鹽度的變化情況，利用Matlab編寫程序求解板式升膜低溫多效海水淡化系統的非線性方程組，設計了一套產水量為10kg/h的三效板式升膜海水淡化系統。
　　搭建了板式升膜低溫多效海水淡化系統的試驗平臺，研究了效數和主要運行參數對系統性能的影響。

6、結果表明：兩效系統的造水比在1.56~1.63之間，三效系統的造水比在2.03~2.13之間；主蒸汽溫度升高系統產水量增加但造水比下降；進料鹽水溫度越高，流量越小，系統的產水量和造水比越大，進料鹽水溫度對二者的影響較大；冷卻水溫度越低，流量越大，系統的產水量和造水比越大。
　　提出利用蒸汽噴射器引射末效蒸汽提高系統的造水比的方案，可將產水量50t/d的四效板式升膜海水淡化系統的單位效數造水比從0.783提高到1.205，提高了53