熱電制冷膜蒸餾系統(tǒng)數(shù)值模擬及實驗研究.pdf

1、膜蒸餾技術(shù)是利用膜兩側(cè)的溫度差作為驅(qū)動力，使各組分中的揮發(fā)性物質(zhì)由一側(cè)跨膜進入另一側(cè)的可應(yīng)用在海水淡化或苦咸水淡化過程中的新技術(shù)。在新型膜蒸餾系統(tǒng)中，膜通量的大小與熱液流量、熱液溫度、半導(dǎo)體輸入電流以及冷卻水流量有關(guān)。鑒于課題前期已對幾種因素的影響情況進行多次實驗研究，所以本文為了節(jié)省時間并相對減少計算量，在前期實驗基礎(chǔ)上增加了熱液流量這個新的影響因素，利用正交實驗對系統(tǒng)膜通量與能耗進行研究分析。
　　實驗中冷腔中半導(dǎo)體在接通電流

2、4~5分鐘即可穩(wěn)定達到制冷效果，制冷速度相對其它制冷手段較快。由于課題組已單獨對半導(dǎo)體冷腔進行過研究分析，所以本文中實驗主要進行的是系統(tǒng)在冷熱容腔相結(jié)合情況下的研究。當(dāng)熱液溫度由35℃上升到75℃過程中，輸入電流不變時，膜面處溫度與冷腔鋁冷壁處溫差最大可達25℃左右。當(dāng)熱液溫度維持75℃不變，電流由14A~20A過程中，溫差有3℃左右的變化；冷卻水流量由600~1000L/h以及熱液流量60~200L/h過程中溫差分別在2.4℃和1.8

3、9℃左右。這個結(jié)果與單獨分析半導(dǎo)體冷腔時所得結(jié)果相差很大，所以本文在分析各因素變化對通量與能耗影響時以實驗所得值為準(zhǔn)。其中能耗分析中膜通量15.072kg/(m2?h)時，能耗為1.78×104/MJ/t，而進口膜在相同工況下得出膜通量為34.26kg/(m2?h)時，能耗僅為0.8576×104/MJ/t，足見膜的質(zhì)量對通量和能耗的影響也是很大的。數(shù)值模擬得到了系統(tǒng)熱腔中分水盤的開槽長度12mm、開槽寬度3mm、開槽角度60°時為最佳

4、匹配參數(shù)，并得出熱容腔內(nèi)部流體的流動與溫度、速度分布情況。
　　通過實驗分析，得到了氣隙式膜蒸餾系統(tǒng)的最佳實驗組合為冷卻水流量800L/h，熱液流量80L/h，熱液溫度75℃，輸入電流14A。由實驗數(shù)據(jù)可知，當(dāng)系統(tǒng)擁有最大膜通量時其能耗并不最低，經(jīng)濟性也不是很好。證實了不是半導(dǎo)體輸入電流越大，通量就越大。同時，對系統(tǒng)及局部膜組件也進行了初步的(火用)分析，發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體輸入電流占系統(tǒng)(火用)耗最大，系統(tǒng)在許多方面有減小(火用)耗、提高