熱電制冷膜蒸餾系統(tǒng)數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)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(dòng)力，使各組分中的揮發(fā)性物質(zhì)由一側(cè)跨膜進(jìn)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(duì)幾種因素的影響情況進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)研究，所以本文為了節(jié)省時(shí)間并相對(duì)減少計(jì)算量，在前期實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上增加了熱液流量這個(gè)新的影響因素，利用正交實(shí)驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)膜通量與能耗進(jìn)行研究分析。
　　實(shí)驗(yàn)中冷腔中半導(dǎo)體在接通電流

2、4~5分鐘即可穩(wěn)定達(dá)到制冷效果，制冷速度相對(duì)其它制冷手段較快。由于課題組已單獨(dú)對(duì)半導(dǎo)體冷腔進(jìn)行過研究分析，所以本文中實(shí)驗(yàn)主要進(jìn)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(shí)，膜面處溫度與冷腔鋁冷壁處溫差最大可達(dá)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(gè)結(jié)果與單獨(dú)分析半導(dǎo)體冷腔時(shí)所得結(jié)果相差很大，所以本文在分析各因素變化對(duì)通量與能耗影響時(shí)以實(shí)驗(yàn)所得值為準(zhǔn)。其中能耗分析中膜通量15.072kg/(m2?h)時(shí)，能耗為1.78×104/MJ/t，而進(jìn)口膜在相同工況下得出膜通量為34.26kg/(m2?h)時(shí)，能耗僅為0.8576×104/MJ/t，足見膜的質(zhì)量對(duì)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(zhǎng)度12mm、開槽寬度3mm、開槽角度60°時(shí)為最佳

4、匹配參數(shù)，并得出熱容腔內(nèi)部流體的流動(dòng)與溫度、速度分布情況。
　　通過實(shí)驗(yàn)分析，得到了氣隙式膜蒸餾系統(tǒng)的最佳實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，當(dāng)系統(tǒng)擁有最大膜通量時(shí)其能耗并不最低，經(jīng)濟(jì)性也不是很好。證實(shí)了不是半導(dǎo)體輸入電流越大，通量就越大。同時(shí)，對(duì)系統(tǒng)及局部膜組件也進(jìn)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