揭示太阳能多级空心纤维 (WGMD) 的潜力:一个短暂的性能评估

科学领域:

• 可再生能源工程可再生能源工程
• 淡化水的技术 淡化水技术
• 计算流体动力学的流体动力学.

背景情况:

• 淡水短缺是一个日益严重的全球性挑战,需要可持续的解决方案.
• 太阳能为水淡化提供了丰富的可再生热源.
• 膜蒸 (MD) 是一种由蒸汽压力差异驱动的有前途的海水淡化技术.

研究的目的:

• 开发和验证一个计算流体动力学 (CFD) 模型,用于与太阳能集热器集成的空洞纤维水隙膜蒸 (HF-WGMD) 系统.
• 为了研究太阳能驱动的HF-WGMD系统在不同太阳辐射下的短暂性能.
• 分析系统参数,特别是太阳能集热器面积和多阶段配置对海水淡化效率和能源消耗的影响.

主要方法:

• 开发了一个2D轴对称CFD模型来模拟HF-WGMD模块的性能.
• 一种一次性参数过渡式平板太阳能集热器 (FPC) 模型与CFD框架相结合.
• 综合模型预测了在时间变化的太阳辐射下料水温度和模块流量.
• 实验数据被用于模型验证.

主要成果:

• 增加太阳能收集器面积从10到50平方米,平均水流量增加了6.4倍,达到10.9公斤/平方米/小时.
• 模块流量与太阳强度有很强的相关性,在35平方米的采集器中达到18.4公斤/m2h的峰值.
• 多级HF-WGMD系统显著降低了特定热能消耗 (在40级系统中为424kWh/m3),并将太阳能淡化效率提高到57.5%.

结论:

• 开发的CFD模型准确地预测了太阳能驱动的HF-WGMD系统的性能.
• 太阳能收集器面积是最大化单阶段系统中水流量的关键参数.
• 多级别的配置可大幅提高能源效率和淡水生产率,突出显示太阳能水的可行性和优化潜力.