鹽溶液低壓旋轉(zhuǎn)加熱蒸餾特性實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)期在軌運(yùn)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(guó)際上針對(duì)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(duì)象，應(yīng)用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的研究手段，對(duì)蒸餾現(xiàn)象進(jìn)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(yàn)，并奠定一定的研究基礎(chǔ)。
　　本文首先通過可視化實(shí)驗(yàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀內(nèi)部流體的流動(dòng)以及液膜形成進(jìn)行分析，觀察不同轉(zhuǎn)速工況下，液位高度、蒸

2、餾燒瓶?jī)A斜角度對(duì)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(dòng)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(jìn)行蒸餾實(shí)驗(yàn)。配置與尿液相同比例的鹽溶液進(jìn)行蒸汽壓縮蒸餾實(shí)驗(yàn)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(duì)其影響比較明顯，在35℃-60℃的溫度范圍內(nèi)，脫水率達(dá)94.54％-95.89％，轉(zhuǎn)速對(duì)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(dòng)，濃

3、度對(duì)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(duì)實(shí)驗(yàn)部分蒸餾燒瓶?jī)?nèi)溶液的流動(dòng)以及傳熱傳質(zhì)現(xiàn)象展開了數(shù)值模擬研究。在實(shí)驗(yàn)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(duì)蒸餾過程的影響。壁面加熱溫度對(duì)蒸餾過程溶液平均溫度影響比較顯著，壁溫升高促進(jìn)熱傳遞過程，提高了蒸餾效率;轉(zhuǎn)速以及傾角變化對(duì)流動(dòng)形態(tài)產(chǎn)生影響，改變了溶液擾動(dòng)以及受熱面積，進(jìn)而改變了傳熱，最終影響了溶液蒸餾的進(jìn)行;升高