【摘 要】
:
太阳能海水淡化是一项能够同时解决“能源危机”与“淡水危机”两大难题的绿色可持续技术。近年来,开发高效光热转换的材料和高能量利用率的结构装置是提高太阳能-水蒸发速率的主要手段。影响水蒸发速率的因素主要有温度、水/空气界面面积和环境中水的蒸汽压(即相对湿度),在不考虑环境因素的情况下,静态光热水蒸发时温度主要取决于材料的光热转换效率和热能利用率,水与空气的界面面积则依赖于装置的结构。然而,目前的研究多
论文部分内容阅读
太阳能海水淡化是一项能够同时解决“能源危机”与“淡水危机”两大难题的绿色可持续技术。近年来,开发高效光热转换的材料和高能量利用率的结构装置是提高太阳能-水蒸发速率的主要手段。影响水蒸发速率的因素主要有温度、水/空气界面面积和环境中水的蒸汽压(即相对湿度),在不考虑环境因素的情况下,静态光热水蒸发时温度主要取决于材料的光热转换效率和热能利用率,水与空气的界面面积则依赖于装置的结构。然而,目前的研究多集中于前者,对于水/空气界面的研究相对较少。所以,通过结构优化改变装置中的水/空气界面面积是提高太阳能-水蒸发速率的有效策略。本论文以构建高效光热转换器件为研究目标,通过设计和优化器件的结构实现了分级水管理,并利用水凝胶材料构建了三维多孔结构的装置,致力于解决太阳能-水蒸发装置中的水/空气界面面积小和热能利用率低两大科学问题,促进了高效光热转换器件设计的发展。具体工作内容如下:(1)提出了“单位表面积含水量(Water Mass per Unit Surface Area,WMUA)”的概念,并揭示了分级水管理是提高光热-水蒸发速率的有效策略。通过设计具有不同孔结构的多层装置(包括储水层、水限制层和光热层)实现了有效的水管理,并用“单位表面积含水量”评价每一层结构中的水含量。在选取的几种不同WMUA的材料中,仿麂皮海绵由于具备较高的含水量(WMUA≈39.07 g·m-2)和较快的水传输速率,能够保证在水蒸发过程中供给足够的水而被用作最优的“储水层”材料;滤纸则因为水含量相对较低(WMUA≈1.62 g·m-2),并能将传到光热层的水量进一步降低而被用作最佳的“水限制层”材料。在装置利用以上两层结构实现分级水管理之后,顶部“光热层”材料(硫化铜、聚吡咯等)即可通过加热少量水来实现快速的水蒸发。该装置成功利用分级水管理策略实现了在1个太阳强度下,利用光热转换性质一般(本征光热转换效率约为1%-2%)的材料即可达到1.6-1.8 kg·m-2·h-1的水蒸发速率,同时实现86.1%-92.0%的太阳能-水蒸气转换效率。(2)利用水凝胶的三维网状结构实现了步骤更简化的分级水管理,并进一步提高了太阳能-水蒸发器件的热能利用率,得到了蒸汽产生速率更快的高效光热转换器件。通过使用吸光范围更宽、光热转换效率更高的碳纳米球和亲水性强、具备三维网状结构的聚乙烯醇水凝胶分别作为“光热层”和“水限制层”材料,与仿麂皮海绵一起构建了一种“双层结构复合型光热-水蒸发器件”。由于水凝胶材料本身具备的三维网状结构能够有效增加系统中水的比表面积(即水/空气界面面积),因此,我们利用溶胶-凝胶法将碳纳米球镶嵌在了水凝胶独特的三维骨架中,实现了对水量与热量间平衡的控制,进一步提高了蒸汽产生速率。因此其可以在1个太阳光强度(1 k W·m-2)下达到2.15 kg·m-2·h-1的水蒸发速率和93.7%的太阳能转换效率。此外,该材料有效的海水脱盐性能和稳定的循环使用性能使它在将来被推广到海水淡化的实际应用中具备一定的潜力,并且对拓宽太阳能海水淡化装置的选材范围具有一定的启发意义。
其他文献
生物质是一种天然可再生的有机碳资源,将其转化为平台化学品能促进可再生资源的有效利用并提高其附加值。5-羟甲基糠醛(HMF)被认为是一种重要的平台化合物,可通过氧化、还原、醚化、胺化和异构化等转化为多种高附加值化学品。2,5-呋喃二甲醇二烷基醚(BAMF),可作为优秀的生物基燃料与燃油添加剂,将来有望替代传统的石油燃料。BAMF可以通过HMF先加氢还原成2,5-呋喃二甲醇(BHMF)后,再与醇类醚化
随着现代科技的迅猛发展,无人机已被广泛应用于各个领域,包括军事侦察、物资派送、电力巡线、地质勘探和智能安防等。作为无人机应用的关键技术之一,目标跟踪技术已成为机器视觉领域的研究热点。在无人机航拍视频中,跟踪目标往往伴随着背景干扰、尺度变化、遮挡等复杂情况,因此,研究高效、鲁棒的目标跟踪算法对无人机的应用具有十分重要的意义。本论文研究基于深度学习的无人机视频目标跟踪算法,主要的研究工作如下:(1)针
基于蒙特卡罗方法的随机游走(Random Walk)算法是图计算领域非常重要的基础方法之一,被广泛应用在图节点相似度计算、网页排名、图像分割、机器学习预处理等任务中。随机游走路径采样的独立性使得其具有天然的高并行性的优点。同时,随机游走过程中充满了大量的随机访存,因此内存访问开销较大,是一种访存密集型的算法。但是现有的计算平台如GPU、CPU等,由于其硬件特性以及内存调度机制,很难提供随机游走算法
纳米金刚石(Nano-diamond,ND)由于其兼具纳米材料和金刚石材料的双重特性,引起科学家的广泛关注,并在人们的日常生活中具有非常重要的应用。自从可以通过化学气相沉积法制备出金刚石薄膜,经过科学家们的不断努力,金刚石薄膜的制备技术日趋成熟,然而化学沉积法所需设备较为昂贵,所需温度较高,所以本论文采用在纳米材料成型中应用较为成熟的自组装技术制备ND薄膜,并且对其机理进行了探讨。ND在制备过程中
数据驱动建模已广泛用于工业过程中产品质量与污染排放等难测参数的软测量,但这些复杂过程中固有的概念漂移现象会导致模型精度下降。概念漂移多由工业中设备磨损和生产环境变化等因素引起,且其通常难以预知与量化。因此,如何有效识别过程概念变化并准确确定能够表征概念漂移的新样本,是通过历史模型更新提高模型性能首先需要解决的问题。然而,现有的概念漂移检测方法在漂移表征能力、检测时效性和半监督学习中仍具有许多尚未解
肝细胞癌(Hepatocellular carcinoma,HCC)是一种高度流行且致命的肿瘤,是全世界癌症病例的第四大病因。肝细胞癌的分化程度一般分为高、中和低三个级别,其恶性程度的增加会致使病灶区域分化程度下降。从临床角度看,在术前对肝细胞癌分化程度进行精确判别,对治疗方案制定和预后效果估计具有至关重要的作用。影像学技术,特别是智能影像技术的出现,为HCC无创性定量分析提供了可能的解决方案,其
农民工在促进流入地经济发展方面发挥着十分重要的作用,但无论是薪资、身份还是福利待遇,农民工群体都与当地居民存在较大差距,尤其是农民工子女教育问题最为突出。本文在实际调研中发现部分自雇农民工家庭受人力资本、政策法规、工作性质等方面的限制,其子女在日常生活和学习方面无法获得与当地居民平等的教育资源。因此,本文尝试从社会支持角度分析自雇佣农民工家庭的子女教育问题。本文通过前期接触和滚雪球的方式,共接触到
齿轮箱是一种常见的旋转类机械元件,在工程领域扮演着重要的角色。它的健康运行离不开为其提供结构支撑和动力传递的轴承和齿轮。由于受到复杂因素和恶劣环境的影响,这些组件也是旋转机械中的易损部分。一旦轴承或齿轮出现故障,很可能会对整个机械设备造成损坏,导致更严重的后果。当一种单独的故障独发于某一部件时,其可视其为“单故障”情景。实际上,由于故障的蔓延性和结构的相关性,“复合故障”情景更频发于现实情况中。但
有机太阳能电池(OSC)由于便携,柔性,可大面积制备等多种优点,已经受到越来越多的关注。在有机太阳能电池中,给体与受体材料对于整个器件性能至关重要,通常可以利用有机结构设计的灵活性,调整烷基链、共轭长度以及特殊官能团等达到对有机太阳能电池效率,稳定性等多个方面的提升。经过多年的发展,尽管有机太阳能电池的光电转换效率取得较大突破,但是其稳定性以及复杂的合成步骤一致是其商业化过程中需要克服的难题。本论
脉络膜是位于视网膜与巩膜之间的血管结构,负责为外视网膜输送氧分与其它物质。脉络膜形态结构的变化与多种疾病的病理过程存在相关性,包括全球不可逆致盲的首要病因——年龄相关性黄斑病变、和第二大病因——青光眼等。光学相干断层扫描(OCT)是一种非侵入的三维成像技术,可以获得高分辨率的眼底图像,现已成为眼科检查的重要手段。然而,OCT一次成像可生成大量二维断层扫描图,阅片过程耗时长,且诊断结果的准确性高度依