超重力真空海水淡化蒸发室两相流动模拟研究

当风能与热法结合实现海水淡化时，常温操作工况可减少风能向热能的转化环节、降低投入成本和能量损失，从而提高能量利用效率。利用真空蒸馏技术可实现常温海水淡化，但利用真空泵维持蒸发器内真空状态需要大量的电能，而且随着真空度的增加，抽真空速度和能耗会显著增加[4]。为此，Midilli提出了自然重力真空蒸馏（NVD）技术，利用海水重力和大气压力自然方法产生真空环境，进行海水常温蒸发及淡化，可减少真空泵的使用及能耗[5]。Al-Kharabsheh 等对NVD 海水淡化系统的性能进行了理论分析，结果表明，海水静压小于或等于4kPa 时，开始发生蒸发及冷凝，系统开始运行[6]。魏京胜等建立了NVD 海水淡化的物理模型，认为NVD技术实现海水淡化的必要条件是存在冷源和热源，需要增设风机形成强制对流来提高系统效率，所以虽然系统本身耗电量较小，但辅助系统耗电量相对较大[7]。Ayhan 等建立了太阳能NVD 海水淡化系统的计算模型，利用巴林地区的太阳能数据进行了计算，得出热海水温度与环境温度相差约20 ℃ 时，系统的性能最佳。

 

虽然NVD 技术理论上可节省维持真空状态的电能，但其利用自然重力获得真空，设备高度高、空间要求高，不利于维护和操作。本文提出1 种适合常温下风能直接驱动的超重力真空海水淡化（SGVD）技术，利用风力机械能直接驱动超重力蒸发室及内部流体旋转，产生超重力场并获得海水淡化所需真空区域，与NVD 技术相比，可有效降低设备高度、缩小设备体积，便于安装和维护。通过理论分析和CFD 模拟对该项技术主要设备之一—超重力蒸发

室内部流体的流动和相变行为进行研究，从而优化设备关键结构并对超重力工况下获得真空环境的可行性进行验证。