传统的海水淡化技术能耗高,然而传统能源面临严重的危机。在接下来的两个世纪里,地球上的化石燃料和煤炭将会耗尽。近年来,我国能源问题尤为严重,存在着一系列问题,如消费强度高、污染严重。海水淡化过程将消耗大量的能源,从而加剧能源短缺问题。因此,开发太阳能海水淡化系统,提高海水淡化装置的生产效率已成为国内外学者的研究热点。因此,本文将对太阳能驱动的海水淡化系统进行性能分析,对我国解决沿海和咸水地区的淡水危机具有重要意义。本研究内容包括以下五点:1)提出了一种太阳能聚焦装置,该装置采用抛物线槽集热器,并结合一个多效蒸馏装置,额定产水量为500吨/天;2)进行了抛物线槽集热器吸收管内工质流量和工质温度变化时边界层的理论分析;3)理论分析了多效海水淡化装置在变工作温度下的系统性能。同时,建立了各种介质作用下的传热传质方程;4)通过数值模拟,利用matlab软件对脱盐装置的产水温度变化和产水性能进行了预测,得到并分析了相应结果。5)理论分析了多效海水淡化装置各部件在温度、蒸馏液、盐度、盐水、换热面积等变量下的性能。对于多效海水淡化装置作为海水淡化热源的抛物线槽集热器的理论分析,提出了海水淡化装置的理论分析,该装置用于海水淡化,日产量达到1.39千克/秒。在撰写了本研究的目标之后,本节将总结抛物线槽集热器的热模型。集热元件的性能取决于集热器能量平衡。能量平衡包括许多因素,例如光学损耗、集热器元件、吸收管的热增益、集热器上的太阳照射、集热器元件的热损耗。本文从理论上对集热器元件横截面的一维和稳态能量平衡进行了分析,采用玻璃包壳进行了镶嵌,当集热器的长度和宽度分别为7.8米和5米时,采用该模型得到了合理的结果。接收器反射的太阳辐射被接收管和玻璃包层吸收。选择性涂层吸收的部分太阳能通过吸收管传导,通过对流传到传热流体中;其余太阳能通过对流和辐射传回玻璃包层。来自辐射和对流的能量随后通过传导的玻璃包层,与玻璃包层吸收的能量一起通过对流和辐射输给环境。该模型假设所有温度、热通量和热力学性质在集热器元件的周围是均匀的,而且所有的通量方向都是正的。通过牛顿冷却定律,热量从内部传递,通过对流计算吸收管对工作流体的表面。在这种情况下,水流分为两部分,第一部分是湍流,雷诺数将超过2300。相反,第二种情况是层流,此时雷诺数小于2300时。通过吸收管的热传导是由吸收管内外的平均温度传导。吸收管材料采用321H不锈钢,减少了弯曲问题。吸热器和玻璃包壳之间的热传递受到对流和辐射的影响。当压力小于0.013帕时,通过分子传导传热。相反,当高压大于0.013pa时,传热机理为自然对流。假定通过玻璃包壳的热传导与温度分布呈线性关系,通过辐射和对流来描述玻璃外壳外表面与大气之间的热传递。对流换热包括两部分,第一部分在有风的情况下发生,称为自然对流,第二部分在没有风的情况下发生,称为强制对流。此外,辐射发生在玻璃外表面和周围大气之间的温差处。在这个模型中,有两种类型的输入是集中的。第一种是输入不随时间变化且具有固定值的参数,如集电极长度、集电极宽度、抛物线焦距、集电极孔径面积、浓度比、吸收器和玻璃包壳的内外、玻璃罩的发射率、罩的透射率、截距系数、集中器的反射率和吸收管。另一方面,输入变量随时间变化,如入口和环境温度、空气速度、流速、工作流体的热特性、风速和太阳辐射;这些变量需要输入代码来执行模拟。对于抛物线槽集热器吸收管内边界层湍流的研究。本文对102℃～397℃之间的温度范围、12.59～50gpm的流量、太阳辐射常数和风速进行了分析。这些数值对研究内吸收管粗糙时的摩擦系数、努苏尔数比、雷诺数、压力降、传热系数、传热流体出口温度、热损失具有重要意义。对于多效海水淡化装置生产139kg/s淡水的性能分析,该方法脱盐海水的基本原理是以低压和低温为主要能源。在MED工艺中,蒸馏水生产采用两种或两种以上的效果。每种效应都在较低的压力和温度下工作。一效给水由低压蒸汽加热,沸腾产生蒸汽。这些产生的蒸汽在低温下被导向第二效。一部分蒸汽可进入相关的预热器加热给水,另一部分蒸汽通过下一效蒸发来自第一效的剩余盐水。蒸汽在管束内冷凝并转化为淡水,而盐水在管束外蒸发,这些过程(蒸发和冷凝)在所有作用下都会继续。最后,蒸汽将在冷凝器中凝结。本部分研究了两个数学模型。第一个模型是简化的数学模型,该模型可评价多效海水淡化装置的系统性能。第二个模型是稳态模型,目的是为了深入研究多效海水淡化装置在蒸汽和给水温度较高的情况下,当第一效的相互作用温度为65℃时,产生139kg/s的效果。此时,海水温度为25℃,离开最后一个效应的出口蒸汽温度为40℃,第一效的入口进料温度为62℃,盐水的最大和最小盐度为72000和46000 ppm,效数为12效。同时,该模型的目的是求出第一效的进水量、各效和预热器内的温降、闪蒸和沸腾形成的蒸馏液量、各效内的蒸汽和盐水温度、各预热器内的蒸汽冷凝液量、最后一效留下的盐水量,可以认为是注入后,随着影响次数的增加,盐度和盐水的增加和减少,冷凝水蒸汽离开最后一个影响所需的冷却水量,其中一部分用作给水,并计算每个影响和预热器和下冷凝器的传热面积。所有这些值都是在许多假设下计算的,例如:在影响中形成的蒸汽是无盐的,从影响到周围环境的能量损失可以忽略不计,管内没有摩擦,蒸发器、预热器、闪蒸箱和冷凝器中的传热效率是恒定值。为了开发该模型,将稳态多效脱盐装置分为四个部分:效果、预热器、闪蒸箱和冷凝器。此外,数学模型被分为三个部分,分别为能量平衡、物质平衡和传热速率方程。本研究的数学模型包括所有方程式,热力学损失,传热系数和物理性质。利用Matlab软件对蒸发器、预热器、闪蒸箱、冷凝器中出现的各种现象进行了建模。对于抛物线槽集热器和多效海水淡化装置的模拟结果。利用Sandia国家实验室(SNL)和国家可再生能源实验室(NREL)的实验数据,验证了抛物线槽集热器模型的模拟结果。传热流体进出口温度对比结果表明,HTF的最低和最高温度分别为102℃和355℃,各工况温差的最低和最高值分别为18.75℃和13.27℃,可认为所得结果良好,可以将传热流体温度提高到要求值。此外,将模型的计算结果与热增益、效率和传热流体温度进行了比较,结果表明,所提出的模型在高、低热增益和效率(3477和2968 W/m,分别为72.4和64.72%)下的性能较好。由于工作流体温度过高,热损失增大,热增益增大,集热器效率降低。通过对抛物线槽集热器内边界层的研究,得到了计算雷诺数、压力损失、达西摩擦系数、热效率、出口传热温度、热损失和传热系数的模拟结果。理论上研究了传热流体在8种不同工况下的进口温度(102-397℃)和流量(12.59-50gpm)下的所有值。达西摩擦系数与流量有关,在低流量和入口温度下,较高的流体温度水平会导致较低的动力粘度和较大的雷诺数。模拟结果表明,在提高泵送功和降低出口温度的同时,流量越大,选择的温度就越小。热效率随流量的增加而升高,随入口温度(102℃)的升高而降低,高温时为0.58%,而传热流体温度102℃较低时为0.724%。此外,还发现入口温度越高,流量越小,热损失越大。通过提高入口温度和降低传热流体的流速,可以提高吸收管的热损失率。对于检查的运行条件,在较高的进口温度397℃和较低的流量12.58下,会导致较高的热损失。吸收管内的换热系数是影响抛物线槽形集热器性能的一个非常重要的参数,抛物线槽形集热器的换热系数随换热流体流量和入口温度的增加而增大。研究了努塞尔数随流量和温度范围的变化对各种情况的影响,发现努塞尔数随着吸收管内流量和传热流体温度的增加而增加。换热流体和流量(分别为397和50),也通过降低吸收管内的流量来降低努塞尔数。压力降的增加总是伴随着工作流体流量的增加而出现的,在所有情况下,较高的流量值和较低的传热流体入口温度值(分别为50和102℃)下,观察到最大压力降等于1000Pa。压力降的增加与泵送功率有关,泵送功率也会增加。对于出口温度,模拟结果表明,工作液进口温度的升高对提高工作液出口温度起着重要作用。另一方面,为了降低出口温度的这个值,流量应该增加到更高的值。对于多效海水淡化装置的模拟结果,给出了四个表,包括饱和蒸汽、盐水和冷凝的所有温度、饱和蒸汽量、卤水、沸腾和闪蒸形成的蒸馏水、形成的蒸汽和闪蒸内的冷凝水。图中计算了各效、预热器和冷凝器的传热面积。在65℃和12.6541kg s条件下,动力蒸汽与第一效相互作用,可蒸发11.72kg/s的进料海水,并在62.75℃条件下产生该效应,第二效中用作动力蒸汽。剩余的盐水在第一效应的底部聚集在373.194kg s,63.3℃,盐度增加到48871ppm。这种盐水被用作第二效果的给水。为了验证多效海水淡化装置前馈试验结果的有效性,将仿真结果与其他试验结果进行了比较,验证结果与试验结果吻合较好。相反,我们代码中每个效应的不同温度从第一个效变为最后一个效,其中该变量从第一个效的(1.32℃)增加到最后一个效应的(2.93℃)。多效海水淡化装置的模拟结果表明,除第一效外,各效内均产生了沸腾积累形成的蒸馏液量,以及闪蒸形成的蒸馏液量,因为该效不存在沸点。蒸馏物的主要部分是在效范围内通过蒸发产生的,形成的较高值的蒸汽在第一效范围内,并在随后的效应中减少。此外,每种效的温度从第一个效果的65℃下降到最后一个效果。因此,在冷端温度降越高的影响,就必须补偿整体传热系数值的降低。对于每个效应内的盐浓度和盐水流速,盐浓度随每个效应内盐水浓度的降低而增加。模拟结果还表明,通过降低顶部盐水温度和增加影响次数,可以提高装置的性能比。此外,还发现,在最高盐水温度为65℃和蒸馏产物为138kg/s的情况下,该装置的性能比估计为11.73。