有機相變材料(PCM)應用于海水淡化的數值仿真模型

        水資源短缺是目前面臨的一個全球性問題,對地球上豐富的海水進行淡化則是解決水資源短缺問題的一個重要途徑。 但傳統的海水淡化往往需要高能量消耗,在一些能源短缺的地區難以實現,因此,亟需一種綠色、高效、可持續的海水淡化方法來緩解上述危機。 太陽光驅動的界面光熱水蒸發,由于其可以通過在遠遠低于水沸騰的溫度下產生蒸汽來進行海水純化,在過去幾年中引起了越來越多的關注。

      有機相變材料(PCM)的低熔點使其成為存儲太陽能的理想選擇。然而,有機PCM弱光熱、導熱性能嚴重阻礙了其實際應用。研究表明,向有機PCM中添加納米顆粒可以有效改善其光熱性能,但許多納米顆粒成本高昂,難以合成,且加入納米顆粒后,有機PCM潛熱下降顯著。由于NTP最初是在海水淡化中提出的,尚未引入PCM,本案例將有機相變材料PCM應用于海水淡化中,建立了一二維幾何模型,如圖1所示。

有機相變材料(PCM)應用于海水淡化的數值仿真模型的圖1

圖1 幾何模型

     模擬得到PCM作用下的海水淡化過程中的溫度場、速度場、相對濕度場以及PCM材料中的液相率的變化,仿真結果如下圖所示。

有機相變材料(PCM)應用于海水淡化的數值仿真模型的圖2

圖2 溫度場變化

有機相變材料(PCM)應用于海水淡化的數值仿真模型的圖3

圖3 速度場變化

有機相變材料(PCM)應用于海水淡化的數值仿真模型的圖4

圖4 相對濕度場變化

有機相變材料(PCM)應用于海水淡化的數值仿真模型的圖5

圖5 PCM液相率變化

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