湿度差驱动的蒸发冷冻海水淡化研究

面对严峻的淡水危机，海水淡化作为一种极具发展前景的水资源开源增量技术，正在日益得到广泛应用。本项目围绕湿度差驱动的蒸发冷冻海水淡化进行基础科学研究，主要研究内容包括：通过微观试验，采用一维等温湿迁移理论，运用反问题与多变量寻优结合的方法，确定在湿度差作用下海水溶液蒸发冻结过程中溶液表面的传质规律；将湿度差作用机制引入溶液蒸发冻结理论分析中，探索海水溶液的蒸发冻结机理以及冰晶的生成、发展规律；研究湿度差驱动下蒸发冷冻海水淡化的产水规律，建立湿度差驱动下蒸发冷冻海水淡化方法的基本理论和工艺流程。本项目的实施将丰富现有的海水淡化方法，为蒸发冷冻海水淡化的工程应用奠定理论和技术基础，具有重要的理论意义和实际应用价值。

面对严峻的淡水危机，海水淡化作为一种极具发展前景的水资源开源增量技术，日益得到广泛的应用。本项目围绕湿度差驱动的蒸发冷冻海水淡化开展了一系列基础科学研究，主要研究工作包括：①通过对相际间力学特性的分析，结合湍流流动特征和热湿迁移理论，在考虑冰体孔隙和毛细作用的基础上，研究并获得了临界条件下（0℃）湿度差驱动下溶液蒸发冷冻过程中的质扩散规律。研究表明：随着溶液从液态向固态的转变，其表面质扩散能力逐渐减弱。②在获得湿度差驱动下溶液蒸发冷冻过程中质扩散规律的基础上，通过热质平衡理论，结合溶液表面冰体形面的变化特征，建立了蒸发冷冻过程中溶液表面冰体生长的非稳态数学模型，分析了不同时间下，气－液界面间湿度差、气流速度以及气－液界面间质扩散对溶液表面冰体生成发展的影响。研究表明：湿度差、气流速度和质扩散系数对溶液的蒸发冻结作用明显。③在对湿度差驱动下溶液蒸发冷冻机理、海水溶液冻结规律及强化机理研究的基础上，建立了湿度差驱动的蒸发冷冻海水淡化产水模型，并搭建了湿度差驱动的蒸发冷冻海水淡化实验装置，对湿度差驱动下的产水规律进行了深入的理论分析和实验研究，结果表明：气液界面间的湿度差是决定蒸发冷冻海水淡化产水的关键因素，湿度差越大产水量越高；气流流量也显著影响着溶液的结冰，较大的气流流量有利于溶液的冻结，从而可以获得更大的产水量。.综上所述，本课题对在湿度差驱动下气液界面间传质机理、溶液蒸发冷冻过程中冰体生成分布规律以及蒸发冷冻海水淡化产水特性的研究，将为湿度差驱动下溶液蒸发冷冻的分析、设计提供基础和参考，具有重要的工程实际意义。研究所获得的不同于常规蒸发冷冻的传质机理、冰晶生成规律以及强化冻结机理等相应理论，将有助于全面认识湿度差作用下的蒸发冷冻机制，推动冷冻法海水淡化的向前发展，具有较为重要的学术价值。