濕度差驅動的蒸發冷凍海水淡化研究

《濕度差驅動的蒸發冷凍海水淡化研究》是依託中國礦業大學，由高蓬輝擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：濕度差驅動的蒸發冷凍海水淡化研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：高蓬輝
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

面對嚴峻的淡水危機，海水淡化作為一種極具發展前景的水資源開源增量技術，正在日益得到廣泛套用。本項目圍繞濕度差驅動的蒸發冷凍海水淡化進行基礎科學研究，主要研究內容包括：通過微觀試驗，採用一維等溫濕遷移理論，運用反問題與多變數尋優結合的方法，確定在濕度差作用下海水溶液蒸發凍結過程中溶液表面的傳質規律；將濕度差作用機制引入溶液蒸發凍結理論分析中，探索海水溶液的蒸發凍結機理以及冰晶的生成、發展規律；研究濕度差驅動下蒸發冷凍海水淡化的產水規律，建立濕度差驅動下蒸發冷凍海水淡化方法的基本理論和工藝流程。本項目的實施將豐富現有的海水淡化方法，為蒸發冷凍海水淡化的工程套用奠定理論和技術基礎，具有重要的理論意義和實際套用價值。

結題摘要

面對嚴峻的淡水危機，海水淡化作為一種極具發展前景的水資源開源增量技術，日益得到廣泛的套用。本項目圍繞濕度差驅動的蒸發冷凍海水淡化開展了一系列基礎科學研究，主要研究工作包括：①通過對相際間力學特性的分析，結合湍流流動特徵和熱濕遷移理論，在考慮冰體孔隙和毛細作用的基礎上，研究並獲得了臨界條件下（0℃）濕度差驅動下溶液蒸發冷凍過程中的質擴散規律。研究表明：隨著溶液從液態向固態的轉變，其表面質擴散能力逐漸減弱。②在獲得濕度差驅動下溶液蒸發冷凍過程中質擴散規律的基礎上，通過熱質平衡理論，結合溶液表面冰體形面的變化特徵，建立了蒸發冷凍過程中溶液表面冰體生長的非穩態數學模型，分析了不同時間下，氣－液界面間濕度差、氣流速度以及氣－液界面間質擴散對溶液表面冰體生成發展的影響。研究表明：濕度差、氣流速度和質擴散係數對溶液的蒸發凍結作用明顯。③在對濕度差驅動下溶液蒸發冷凍機理、海水溶液凍結規律及強化機理研究的基礎上，建立了濕度差驅動的蒸發冷凍海水淡化產水模型，並搭建了濕度差驅動的蒸發冷凍海水淡化實驗裝置，對濕度差驅動下的產水規律進行了深入的理論分析和實驗研究，結果表明：氣液界面間的濕度差是決定蒸發冷凍海水淡化產水的關鍵因素，濕度差越大產水量越高；氣流流量也顯著影響著溶液的結冰，較大的氣流流量有利於溶液的凍結，從而可以獲得更大的產水量。 綜上所述，本課題對在濕度差驅動下氣液界面間傳質機理、溶液蒸發冷凍過程中冰體生成分布規律以及蒸發冷凍海水淡化產水特性的研究，將為濕度差驅動下溶液蒸發冷凍的分析、設計提供基礎和參考，具有重要的工程實際意義。研究所獲得的不同於常規蒸發冷凍的傳質機理、冰晶生成規律以及強化凍結機理等相應理論，將有助於全面認識濕度差作用下的蒸發冷凍機制，推動冷凍法海水淡化的向前發展，具有較為重要的學術價值。