波浪能海水淡化的關鍵技術研究

《波浪能海水淡化的關鍵技術研究》是依託清華大學，由張永良擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：波浪能海水淡化的關鍵技術研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：張永良
• 項目類別：面上項目

項目摘要

採用理論分析、數值模擬和試驗研究相結合的方法，對海洋波浪能淡化海水的關鍵技術進行研究。基於波浪理論、流體-結構-泵的動力相互作用、管流理論，建立波浪能淡化海水裝置系統的數學模型；分析在各種海洋動力條件下液壓能隨波浪要素變化而變化的規律；研究波能採集器和波浪能壓力泵耦合的動力特性，探索波浪要素、波能採集器和波浪壓力泵物理和幾何特性對反滲透膜法生產淡水的影響規律；揭示在複雜海洋動力條件下波浪能淡化海水裝置的運行特性；提出波浪能淡化海水裝置系統的最佳化理論，最佳化波浪能海水淡化裝置；研究小比例實海況下波浪能淡化海水裝置的工作性能，進一步揭示提高系統淡化海水效率的途徑和方法。通過理論分析、數值仿真和小比例實海況試驗等手段解決波浪能淡化海水裝置的關鍵技術問題，降低海水淡化成本，具有重要的科學意義和巨大的套用價值。

結題摘要

進入21世紀以來，我國正著力發展海洋經濟、維護海洋權益，這些都迫切需要我們解決島嶼和海上平台的淡水短缺問題。為了科學經濟地解決好該問題，就必須因地制宜，充分利用取之不盡、用之不竭的海洋能。由於波浪能是海洋能中品位最高的可再生能源，如能高效利用波浪能進行海水淡化，就能有效地解決淡水短缺問題，同時還能起到節能減排、發展國民經濟、推動海上絲綢之路建設提供淡水保障，因而研究波動力淡化海水具有特別重要的意義。 本項研究考慮了流體、俘能浮體、活塞泵、蓄能穩壓器和反滲透膜的動力相互作用，建立了由筏式波能轉換器、蓄能穩壓器和反滲透膜所組成的波動力淡化海水裝置的數學模型；分別採用邊界元法和有限差分法來求解該模型中水動力問題和反滲透膜組件鹽濃度極化層中的鹽濃度動態變化問題；基於該模型，發展了波動力淡化海水裝置的最佳化理論，開展了裝置工作性能的試驗研究；探索波要素和各構件的物理和幾何特性對生產淡水的影響。 結果表明跨膜水體平均通量和淡水平均鹽濃度分別隨著活塞截面積的增大而先增後減和逐漸減小並趨於穩定；發現蓄能穩壓器初始氣體體積對跨膜水體平均通量和平均產出淡水的鹽度的影響較小，而對反滲透膜作用壓強的最大和最小值的影響十分顯著，隨初始氣體體積的增大，反滲透膜作用壓強最大和最小值分別單調遞減和遞增，而反滲透膜組件的作用壓強趨於平穩；揭示了跨膜水體總寬平均通量隨反滲透膜寬度的增大先增後減，而平均產出淡水的鹽度則先減後增，存在最優反滲透膜寬度使跨膜水體總寬平均通量和平均產出淡水的鹽度分別達到最大和最小值；表明當波周期介於4.5~5.5s時，平均產出淡水的鹽度較小，跨膜水體平均通量及反滲透膜作用壓強最大和最小值均相對較大。由於波浪泵是波動力海水淡化裝置中最重要的部分，對單浮子式、垂向雙浮子式和水平向環繞雙浮子式波浪泵裝置進行了深入理論和試驗研究，並進行了系統對比分析，進一步揭示提高系統淡化海水效率的途徑和方法。