兩種聚光器聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的鼓泡加濕除濕型太陽能海水淡化系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究

收稿日期：2021-11-29

基金項(xiàng)目：廣西自然科學(xué)基金（2018GXNSFAA050139）

通信作者：王 革（1966—），男，碩士、講師，主要從事物理教學(xué)及可再生能源利用方面的研究。11720194@qq.com

DOI：10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-1443 文章編號(hào)：0254-0096（2023）05-0226-07

摘 要：設(shè)計(jì)一個(gè)由太陽能空氣集熱器和曲面菲涅爾透鏡聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的鼓泡加濕除濕型太陽能海水淡化系統(tǒng)，介紹該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理，對(duì)多曲面聚光器的聚光特性進(jìn)行光學(xué)仿真分析，對(duì)裝置各部件的能量進(jìn)行平衡計(jì)算，測(cè)試系統(tǒng)在實(shí)際天氣條件下的產(chǎn)水性能，給出太陽輻照度、裝置運(yùn)行溫度和產(chǎn)水效率隨時(shí)間的變化關(guān)系。當(dāng)太陽輻照度平均為795 W/m2時(shí)，該裝置集熱管出口溫度最高為64.8 ℃，產(chǎn)水量約為9.48 kg/d，整體系統(tǒng)熱效率為43.5%。

關(guān)鍵詞：太陽能聚光器；鼓泡；海水淡化；空氣集熱器；加濕除濕

中圖分類號(hào)：TK519 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

基于加濕除濕原理的海水淡化技術(shù)被認(rèn)為是最有前景的淡化技術(shù)之一。在加濕器的設(shè)計(jì)上，一般可采用噴霧塔、填料床和鼓泡塔［1］。上述加濕器各有特點(diǎn)，適用不同的條件。Houcine等［1］設(shè)計(jì)了一種以噴霧塔為加濕器的加濕除濕裝置。該裝置平均每天淡水產(chǎn)量達(dá)到355 kg，但產(chǎn)水成本達(dá)到21.5歐元/m3。這種噴霧塔加濕器提高了加濕效率，但也帶來了系統(tǒng)復(fù)雜、成本較高等問題。Santosh等［2］和趙云勝等［3］選用填裝材料增大加濕腔空氣與水的接觸時(shí)間和面積，最大產(chǎn)水量約為7.1和60.0 kg/h，但由于鹽的沉淀使清洗填料變得困難，也增加了設(shè)備成本和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性。El-Agouz等［4］提出一種新型單級(jí)鼓泡加濕裝置，裝置內(nèi)蒸汽含量可與多級(jí)噴霧加濕裝置加濕率相當(dāng)。劉忠等［5］設(shè)計(jì)了一臺(tái)多級(jí)鼓泡蒸發(fā)式太陽能海水淡化系統(tǒng)，造水比（gained output ration，GOR）可達(dá)2.77。張立琋等［6］提出一種鼓泡加濕與熱泵結(jié)合的新型海水淡化裝置，0.09 m2加濕器的產(chǎn)水量達(dá)到6.40 kg/h。這說明鼓泡加濕技術(shù)是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而效率高的加濕方法。

提高蒸發(fā)腔海水溫度和氣溫對(duì)于裝置效率有很大提升。伍綱等［7］和肖建偉等［8］分別利用菲涅爾透鏡聚光直接加熱多級(jí)和單級(jí)加濕除濕淡化系統(tǒng)中的海水，GOR最大能達(dá)到2.10和0.69。趙志勇等［9］和Al-Sulaiman等［10］利用太陽能聚光器加熱空氣，以提高蒸發(fā)腔的溫度。

為了進(jìn)一步提高蒸發(fā)腔海水和空氣溫度并強(qiáng)化換熱，本文提出一種新型的太陽能空氣集熱器與曲面菲涅爾透鏡聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的鼓泡式太陽能海水淡化裝置，大大降低了裝置成本并提高了系統(tǒng)傳熱傳質(zhì)效率。

1 裝置結(jié)構(gòu)及工作原理

設(shè)計(jì)一個(gè)新型加濕除濕海水淡化裝置，該裝置利用串聯(lián)的多曲面聚光器加熱空氣，利用風(fēng)機(jī)將熱空氣導(dǎo)入鼓泡加濕除濕海水淡化裝置中，同時(shí)利用曲面菲涅爾透鏡將太陽光直接聚焦在蒸發(fā)腔，使海水受熱蒸發(fā)，蒸發(fā)的海水與循環(huán)空氣進(jìn)行熱濕交換形成濕飽和空氣。濕飽和空氣通過外置的風(fēng)機(jī)管道和鼓泡橫管進(jìn)入冷凝腔中冷凝成為淡水。冷海水進(jìn)入冷凝腔中的冷卻管，吸收濕飽和蒸汽冷凝產(chǎn)生的汽化潛熱后，部分進(jìn)入蒸發(fā)腔中補(bǔ)充海水，另一部分排出裝置外。

裝置采用了多曲面聚光器加熱空氣提高蒸發(fā)腔水溫和氣溫，利用聚光直熱提高蒸發(fā)腔水溫的同時(shí)減少了各部件間的傳熱傳質(zhì)阻力，提高系統(tǒng)總效率。圖1和圖2分別為該

本文實(shí)驗(yàn)中的曲面菲涅爾透鏡聚光器寬度為1.3 m，長(zhǎng)度為1.02 m，圓面直徑為2.1 m，設(shè)計(jì)焦距為1.3 m，幾何聚光比為20.4，理論平均光學(xué)效率為80%。菲涅爾透鏡聚光器組成材料為PC塑膠，折射率為1.59。

單個(gè)聚光空氣集熱器長(zhǎng)1.95 m，寬0.65 m，集熱器內(nèi)部反射面由3段曲面組成，形成聚光槽，槽體表面粘合反射鋁，接收器為鍍鉻涂層的不銹鋼圓管，圓管外套有長(zhǎng)度為2 m的玻璃管。集熱器空氣出口與蒸發(fā)腔鼓泡橫管進(jìn)口連接，集熱器空氣進(jìn)口與冷凝腔側(cè)壁面空氣出口連接。

蒸發(fā)腔位于海水淡化裝置的上半部分，長(zhǎng)1.5 m，寬0.38 m，上蓋板與水平面夾角為30°。腔體底部有黑色吸光材料，上邊放置3根PPR管。PPR管上共100個(gè)小孔，兩側(cè)對(duì)稱均勻排布，其幾何特征參數(shù)如表1所示。3根PPR管通過側(cè)壁上的孔和外部管道連接冷凝腔，冷凝腔中的濕空氣通過PPR管上的小孔返回蒸發(fā)腔。

裝置下半部分為冷凝腔，長(zhǎng)1.5 m，寬0.38 m，高0.16 m，與蒸發(fā)腔之間以一塊ABS板相隔。3根PPR管緊貼冷凝腔底部放置，幾何特征同樣如表1所示，PPR管通過側(cè)壁上的孔和外部管道連接風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)再通過管道連接蒸發(fā)腔，將蒸發(fā)腔中的濕空氣通過外部通風(fēng)管道和PPR管上的小孔輸送至冷凝腔。冷凝腔中緊貼PPR管的上方放置波紋冷卻管，冷海水通過冷卻管進(jìn)入蒸發(fā)腔。

2 多曲面聚光器的聚光性能仿真

劉方舟等［11］設(shè)計(jì)一種多曲面聚光器，該聚光器由左右兩個(gè)對(duì)稱半體組成，每個(gè)半體由拋物線、漸開線、直線3段構(gòu)成。利用Lighttools光學(xué)仿真軟件對(duì)多曲面聚光器進(jìn)行聚光性能仿真，結(jié)果表明，該聚光器無需跟蹤太陽光，全年僅需調(diào)整3次聚光器的安裝傾角即可保證聚光器每天至少有8 h光學(xué)效率達(dá)到70%。針對(duì)圖3所示的多曲面聚光器模型，對(duì)于9月27日06：30—17：30聚光器接收率隨太陽輻照度和太陽高度角的變化情況進(jìn)行仿真。仿真中做如下假設(shè)：1）仿真中反射板的反射率為100%；2）仿真中入射總光線數(shù)量為1000條；3）聚光器以40°傾角沿東西向放置。

由圖4可看出，在9月27日，當(dāng)聚光器以40°傾角沿東西放置時(shí)，從08：30—15：30，聚光器光線接收率均能達(dá)到85%以上，這說明該多曲面聚光器聚光效果較好，無需跟蹤，可為加熱空氣創(chuàng)造較好的條件，以獲得較高的產(chǎn)水量。

3 淡化裝置的能量平衡分析

對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行傳熱傳質(zhì)分析可預(yù)測(cè)裝置產(chǎn)水性能，是對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較、分析、研究的重要理論基礎(chǔ)。為了對(duì)系統(tǒng)的淡化性能進(jìn)行研究，本節(jié)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行能量平衡分析，為此對(duì)裝置內(nèi)部的傳熱傳質(zhì)情況作如下假定：1）實(shí)驗(yàn)裝置與周圍環(huán)境絕熱，不考慮能量損失；2）蒸發(fā)腔和冷凝腔中濕空氣始終為飽和狀態(tài)；3）裝置穩(wěn)定運(yùn)行，蒸發(fā)腔和冷凝腔的液面高度穩(wěn)定，氣泡分布均勻；4）從蒸發(fā)腔流出的濃鹽水溫度與該層海水溫度相等，在冷凝腔流出的淡水溫度與該層內(nèi)淡水溫度相等。

實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)部的能量流動(dòng)及溫度測(cè)點(diǎn)示意圖如圖5所示。

3.1 對(duì)加濕除濕裝置整體進(jìn)行能量平衡分析

進(jìn)入加濕除濕裝置的能量包括經(jīng)空氣集熱器加熱后高溫空氣帶入的能量、菲涅爾透鏡聚光器匯聚的太陽能、風(fēng)機(jī)做功以及通入冷卻水帶入的能量。從裝置放出的能量包括產(chǎn)生的淡水帶走的能量、排出濃鹽水的能量以及從冷凝腔排出淡水的能量?？闪谐銎胶夥匠倘缡剑?）所示。

[IA1η1+IA2η2+P+cpm2（T2-T1）=cpme（T4-T1）+cpm1（T3-T2）+cpm4（T2-T1）] （1）

[m2=m3+m4] （2）

[m3=me+m1] （3）

式中：I——太陽輻照度，W/m2；A1——多曲面聚光器進(jìn)光面積，m2；η1——多曲面聚光器效率；A2——菲涅爾透鏡聚光器進(jìn)光面積，m2；η2——菲涅爾透鏡聚光器效率；P——風(fēng)機(jī)功率，W；cp——水的比熱容，kJ/（kg·℃）；m2——冷卻水流率，kg/s；T2——冷卻水出口溫度，℃；T1——冷卻水進(jìn)口溫度，℃；me——產(chǎn)水量，kg/s；T4——冷凝腔水溫，℃；m1——蒸發(fā)腔排出的濃鹽水流率，kg/s；T3——蒸發(fā)腔水溫，℃；m4——從冷凝腔排出的水流率，kg/s；m3——從冷凝腔進(jìn)入蒸發(fā)腔的水流率，kg/s。

3.2 對(duì)蒸發(fā)腔內(nèi)部傳熱傳質(zhì)情況進(jìn)行能量平衡分析

進(jìn)入蒸發(fā)腔的能量包括經(jīng)空氣集熱器加熱后高溫空氣帶入的能量、菲涅爾透鏡聚光器匯聚的太陽能、從冷凝腔內(nèi)冷卻管出口通入蒸發(fā)腔的水的能量。從蒸發(fā)腔帶走的能量包括蒸發(fā)腔與冷凝腔濕空氣對(duì)流換熱量和從蒸發(fā)腔排出濃鹽水的熱量?？闪谐銎胶夥匠倘缡剑?）所示。

[IA1η1+IA2η2+cpm3（T3-T2）=ma（h1-h2）+cpm1（T3-T2）] （4）

式中：ma——風(fēng)機(jī)風(fēng)量，kg/s；h1、h2——蒸發(fā)腔、冷凝腔飽和濕空氣的焓，kJ/kg。

蒸發(fā)腔和冷凝腔飽和濕空氣的焓值分別為：

[h1=1.005T5+d1（2501+1.86T5）] （5）

[h2=1.005T6+d2（2501+1.86T6）] （6）

式中：T5、T6——蒸發(fā)腔、冷凝腔氣溫，℃；d1、d2——蒸發(fā)腔、冷凝腔出口空氣的含濕量，kg/kg。

蒸發(fā)腔和冷凝腔出口空氣的含濕量分別為：

[d1=0.622p5101.325-p5] （7）

[d2=0.622p6101.325-p6] （8）

加濕層和除濕層的飽和蒸氣壓p5和p6分別為：

[p5=215exp18.5916-3991.11T5+233.84] （9）

[p6=215exp18.5916-3991.11T6+233.84] （10）

3.3 對(duì)空氣集熱系統(tǒng)進(jìn)行能量平衡分析

在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，太陽能聚光空氣集熱器和循環(huán)風(fēng)機(jī)主要起加熱空氣、驅(qū)動(dòng)空氣的作用，可將聚光器與風(fēng)機(jī)看作是一個(gè)功率恒定的加熱器，因此得到集熱系統(tǒng)的能量平衡方程為：

[I1A1η1+P=ma（h1-h2）] （11）

淡化裝置的產(chǎn)水量me為：

[me=mad1-d2] （12）

假設(shè)蒸發(fā)腔水溫和氣溫相等，冷凝腔水溫和氣溫相等，即T3=T5，T4=T6，根據(jù)上述方程，可得出T1～T6，能量平衡分析與計(jì)算可得到不同條件下裝置的理論產(chǎn)水量，為實(shí)驗(yàn)結(jié)果提供理論指導(dǎo)。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

為了測(cè)試系統(tǒng)在實(shí)際天氣條件下的性能，在室外太陽光下對(duì)裝置的運(yùn)行溫度和產(chǎn)水性能進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)記錄太陽輻照度隨時(shí)間的變化。實(shí)驗(yàn)中，裝置沿東西向放置，所使用的主要測(cè)量?jī)x器和參數(shù)如表2所示。實(shí)驗(yàn)于2019年9月20日—10月8日在北京理工大學(xué)進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)中的測(cè)量?jī)x器誤差均在可接受范圍內(nèi)。

4.1 太陽輻照度對(duì)聚光空氣集熱器出口溫度的影響

根據(jù)系統(tǒng)的能量流動(dòng)過程可知，太陽輻射先給聚光空氣集熱器管道中的空氣和蒸發(fā)腔中的海水供能，因此輻照度首先影響集熱管出口空氣溫度，再影響蒸發(fā)腔氣溫及冷凝腔氣溫，最后影響產(chǎn)水量。首先研究太陽輻照度對(duì)聚光空氣集熱器進(jìn)出口氣溫的影響。圖6為9月26—28日3天太陽輻照度和集熱器進(jìn)出口空氣溫度隨時(shí)間的變化關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，環(huán)境溫度為21～27 ℃，環(huán)境風(fēng)速為0～3 m/s。從圖6可看出，3個(gè)測(cè)試日的最高太陽輻照度分別為994、890和874 W/m2，且均在12：00—12：30之間達(dá)到最大值。由于太陽輻射首先經(jīng)反射面反射后照射到集熱管，集熱管再通過熱傳遞和熱輻射的形式將熱量傳遞給真空玻璃管內(nèi)的空氣，因此集熱管出口空氣溫度與太陽輻照度的變化趨勢(shì)大體一致，導(dǎo)致集熱管進(jìn)出口溫差先增大后減小，但仍有兩個(gè)不同點(diǎn)：1）集熱管出口氣溫達(dá)到最大值的時(shí)間約為13：00，略滯后于太陽輻照度達(dá)到最大值的時(shí)間，這是因?yàn)榭諝獯嬖谝欢ǖ臒崛萘浚?）12：00后太陽輻照度下降較快，而集熱管出口氣溫下降較慢，這是由于集熱管是真空管，保溫效果較好，同時(shí)集熱管中的空氣與蒸發(fā)腔中的海水換熱不充分。

為了研究裝置散熱損失對(duì)運(yùn)行溫度的影響，在9月26日進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，蒸發(fā)腔和冷凝腔側(cè)壁以及通風(fēng)管道均未覆蓋保溫棉，而9月27日和28日實(shí)驗(yàn)時(shí)給裝置加設(shè)了保溫棉。9月26日，隨著太陽輻照度的降低，集熱器出口氣溫也大幅降低，熱量散失較大。而9月27日和28日則不存在這種情況，熱量散失較少，集熱管出口氣溫在太陽輻照度下降時(shí)仍能保持較高溫度，這說明裝置可延長(zhǎng)產(chǎn)水時(shí)間。9月26日的平均太陽輻照度高于9月27日，但集熱管出口氣溫的最大值為62.2 ℃，低于9月27日的出口氣溫最大值64.8 ℃。另外，9月27日和28日集熱管的進(jìn)口氣溫是不斷上升的，而9月26日的進(jìn)口氣溫則無明顯上升?？梢?，裝置的散熱損失對(duì)運(yùn)行溫度影響很大，必須做好保溫措施。

4.2 太陽輻照度對(duì)腔體氣溫的影響

為了研究太陽輻照度對(duì)蒸發(fā)腔進(jìn)口空氣溫度、蒸發(fā)腔氣溫、冷凝腔氣溫和冷卻水溫的影響，測(cè)得了9月27日和28日太陽輻照度、蒸發(fā)腔進(jìn)口氣溫、蒸發(fā)腔和冷凝腔的氣溫、冷卻水溫隨時(shí)間的變化關(guān)系，如圖7所示。實(shí)驗(yàn)測(cè)試時(shí)間為10：00—15：30。從圖7可看出，隨著太陽輻照度的上升，蒸發(fā)

腔和冷凝腔的氣溫以及冷卻水溫均逐漸上升，其中蒸發(fā)腔氣溫先上升較快，隨后趨于穩(wěn)定，而冷凝腔氣溫和冷卻水溫度的上升趨勢(shì)滯后于蒸發(fā)腔氣溫，這是由于蒸發(fā)腔可直接接收到菲涅爾透鏡匯聚的太陽能和聚光空氣集熱器加熱空氣產(chǎn)生的熱能。其中蒸發(fā)腔和冷凝腔氣溫溫差最高可達(dá)12.8 ℃，高于只采用菲涅爾透鏡加熱蒸發(fā)腔的聚光直熱式鼓泡加濕除濕裝置［8］，說明了聚光空氣集熱器與菲涅爾透鏡聯(lián)合加熱對(duì)于提高蒸發(fā)腔與冷凝腔氣溫溫差的有效性。

部分冷卻水的循環(huán)使用以及環(huán)境溫度升高導(dǎo)致冷卻水溫度緩慢上升。冷卻水溫度升高，蒸發(fā)腔氣溫上升以及裝置良好的保溫措施使得冷凝腔氣溫升高。蒸發(fā)腔氣溫在約13：00達(dá)到最大值，略滯后于太陽輻照度達(dá)到最大值的時(shí)間。蒸發(fā)腔氣溫達(dá)到最大值后保持穩(wěn)定或略微下降，一方面說明裝置保溫效果較好，另一方面也說明白天集熱管空氣和蒸發(fā)腔海水換熱不充分，導(dǎo)致蒸發(fā)腔氣溫沒有上升到足夠高的溫度，但熱量仍然儲(chǔ)存著，因此蒸發(fā)腔氣溫在太陽輻照度明顯下降的情況下仍能維持在一定范圍內(nèi)，可延長(zhǎng)產(chǎn)水時(shí)間。在13：30之前，冷凝腔氣溫一直上升，13：30之后，冷凝腔氣溫基本保持不變或上升緩慢，這是由于裝置接收的太陽能減少了。

4.3 太陽輻照度對(duì)產(chǎn)水效率的影響

太陽輻照度通過影響集熱管出口氣溫和蒸發(fā)腔氣溫，進(jìn)而影響水的蒸發(fā)，從而最終對(duì)裝置的產(chǎn)水效率產(chǎn)生影響。為了研究太陽輻照度對(duì)裝置產(chǎn)水效率的影響，測(cè)得了9月27日和28日兩天的太陽輻照度、蒸發(fā)腔和冷凝腔氣溫以及產(chǎn)水效率隨時(shí)間的變化關(guān)系，如圖8所示。

從前面的研究中可得到，9月27日的太陽輻照度略高于9月28日，平均高9.7%，其中13：30之后，9月27日的太陽輻照度比9月28日高出較多。這導(dǎo)致9月27日的集熱管出口氣溫、蒸發(fā)腔和冷凝腔氣溫均高于9月28日，其中出口氣溫平均高4.5 ℃，蒸發(fā)腔氣溫平均高3.3 ℃，冷凝腔氣溫平均高2.3 ℃，可見太陽輻照度對(duì)裝置運(yùn)行溫度影響顯著。9月28日的13：00之后，太陽輻照度下降較快，集熱管出口氣溫也明顯下降，說明集熱管出口氣溫受太陽輻照度的影響最大，這是因?yàn)榭諝獗葻崛葺^低。圖8顯示出9月27日產(chǎn)水效率比9月28日高17.5%。其中9月27日太陽輻照度的平均值為795 W/m2，此時(shí)裝置產(chǎn)水量可達(dá)到9.48 kg/d，最高產(chǎn)水量可達(dá)到1.40 kg/h。說明太陽輻照度對(duì)產(chǎn)水效率和產(chǎn)水量影響較大。在現(xiàn)有的聚光直熱式加濕除濕太陽能淡化系統(tǒng)中，由于蒸發(fā)腔氣溫較低，限制了產(chǎn)水量的提高，如葉鴻烈等［12］提出的單級(jí)聚光直熱式加濕除濕裝置，產(chǎn)水量最大達(dá)到0.52 kg/h，伍綱等［13］提出的三級(jí)聚光直熱式加濕除濕淡化裝置產(chǎn)水量最大達(dá)到1.50 kg/h。本文利用聚光空氣集熱器與曲面菲涅爾透鏡的聯(lián)合加熱，提高了蒸發(fā)腔氣溫與冷凝腔氣溫的溫差，大大提升了裝置產(chǎn)水效率和產(chǎn)水量，裝置產(chǎn)水量明顯高于單級(jí)聚光直熱式加濕除濕裝置，且與多級(jí)加濕除濕裝置產(chǎn)水量相當(dāng)。

4.4 裝置熱效率分析

本文所提出的加濕除濕海水淡化裝置的熱效率為：

[η=mehfgIA1η1+IA2η2] （13）

式中：[hfg]——蒸發(fā)焓，J/mol。

通過計(jì)算得到裝置熱效率隨時(shí)間的變化關(guān)系，如圖9所示。9月27日和28日裝置的總太陽能熱轉(zhuǎn)換效率分別為43.5%和39.8%。

從圖9可看出，在10：00—12：00之間，裝置熱效率不斷增大，在12：30—13：00之間達(dá)到最大值。其中，結(jié)合圖8中太陽輻照度變化曲線可知，9月27日太陽輻照度更高，熱效率增加也更快。9月28日在13：00之后，太陽輻照度下降很快，熱效率基本保持不變甚至略微增加。9月27日在13：00之后，太陽輻照度下降較慢，熱效率緩慢降低。

5 結(jié) 論

本文設(shè)計(jì)并制作一種由太陽能空氣集熱器和曲面菲涅爾透鏡聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的鼓泡式加濕除濕型太陽能海水淡化系統(tǒng)，針對(duì)系統(tǒng)的性能進(jìn)行實(shí)際天氣條件下的實(shí)驗(yàn)研究，研究裝置運(yùn)行溫度和產(chǎn)水效率和產(chǎn)水量的變化規(guī)律，并計(jì)算裝置的熱效率，主要結(jié)論如下：

1）仿真結(jié)果證明，實(shí)驗(yàn)所采用的多曲面聚光太陽能空氣集熱器的聚光性能良好，無需跟蹤太陽，在9月27日全天有7 h接收率達(dá)到85%以上。

2）太陽能空氣集熱器出口氣溫、蒸發(fā)腔氣溫和產(chǎn)水效率相對(duì)于太陽輻照度的變化均有滯后效應(yīng)，其中集熱器出口氣溫受太陽輻照度影響最明顯。當(dāng)太陽輻照度下降時(shí)，集熱器出口溫度和進(jìn)出口溫差下降，但蒸發(fā)腔氣溫仍能保持穩(wěn)定，在保溫較好的情況下，可延長(zhǎng)產(chǎn)水時(shí)間。

3）當(dāng)太陽輻照度的平均值為795 W/m2時(shí)，裝置產(chǎn)水量可達(dá)到9.48 kg/d，最高產(chǎn)水量可達(dá)到1.40 kg/h，集熱管出口溫度最高可達(dá)到64.8 ℃，進(jìn)出口溫差最高達(dá)到28.5 ℃，裝置的熱效率可達(dá)到43.5%。

[參考文獻(xiàn)]

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EXPERIMENTAL STUDY ON BUBBLING HUMIDIFICATION-DEHUMIDIFICATION DESALINATION SYSTEM DRIVEN BY

TWO TYPES OF CONCENTRATORS

Zhao Jinglian1， Xiao Jianwei1， Zheng Hongfei1， Wang Ge1，2

（1. School of Mechanical Engineering， Beijing Institute of Technology， Beijing 100081， China；

2. School of Physics and Electronics， Nanning Normal University， Nanning 530299， China）

Abstract：A bubbling humidification-dehumidification （HDH） desalination system is designed with combined heating by solar air heating collector and Fresnel lens. Firstly， the structure and operation principle of the system is introduced. Then， the optical simulation analysis of the solar air collector with multi-curved concentrator and the energy balance calculation of each component of the device are carried out. Finally， the freshwater productivity of the system under actual weather conditions is tested. And the relationship among the solar irradiance， operating temperature and freshwater productivity of the device with time is given. When the average solar irradiance is 795 W/m2， the highest outlet temperature of the solar collector tube is 64.8 ℃ with 9.48 kg/d of the freshwater productivity and 43.5% of thermal efficiency of the system.

Keywords：solar concentrators； bubble formation； desalination； air collector； humidification-dehumidification