鹽溶液低壓旋轉(zhuǎn)加熱蒸餾特性實驗與數(shù)值模擬研究.pdf

1、環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)是空間站長期在軌運行的必要前提，其中關(guān)于尿液廢水的回收處理難度最大且最關(guān)鍵。目前國際上針對尿液分離技術(shù)有熱電膜分離技術(shù)和蒸汽壓縮蒸餾技術(shù)。本文選取蒸汽壓縮蒸餾裝置為研究對象，應用實驗和數(shù)值模擬相結(jié)合的研究手段，對蒸餾現(xiàn)象進行深入分析，為全面清晰地描述該現(xiàn)象的規(guī)律與特性積累相關(guān)經(jīng)驗，并奠定一定的研究基礎(chǔ)。
　　本文首先通過可視化實驗對旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀內(nèi)部流體的流動以及液膜形成進行分析，觀察不同轉(zhuǎn)速工況下，液位高度、蒸

2、餾燒瓶傾斜角度對溶液鋪展情況的影響。結(jié)果表明液位高度越高溶液鋪展范圍越大，高轉(zhuǎn)速下流體湍流波動越劇烈;傾斜角度越大液膜鋪展越大，綜合比較選定70°為最佳傾斜角度，進行蒸餾實驗。配置與尿液相同比例的鹽溶液進行蒸汽壓縮蒸餾實驗研究。結(jié)果表明溫度、轉(zhuǎn)速、濃度是影響溶液蒸汽分離特性的主要因素，其中溫度對其影響比較明顯，在35℃-60℃的溫度范圍內(nèi)，脫水率達94.54％-95.89％，轉(zhuǎn)速對其影響較小，不同轉(zhuǎn)速脫水率增幅僅在0.2％范圍內(nèi)波動，濃

3、度對分離效率具有制約作用，隨著濃度增加脫水率減少。
　　利用兩相流模型并結(jié)合相變模型對實驗部分蒸餾燒瓶內(nèi)溶液的流動以及傳熱傳質(zhì)現(xiàn)象展開了數(shù)值模擬研究。在實驗基礎(chǔ)上，分析不同壁面加熱溫度、燒瓶旋轉(zhuǎn)速度、液位高度、傾角變化對蒸餾過程的影響。壁面加熱溫度對蒸餾過程溶液平均溫度影響比較顯著，壁溫升高促進熱傳遞過程，提高了蒸餾效率;轉(zhuǎn)速以及傾角變化對流動形態(tài)產(chǎn)生影響，改變了溶液擾動以及受熱面積，進而改變了傳熱，最終影響了溶液蒸餾的進行;升高