海洋温差驱动的氨水发生-再热动力循环原理及其海水换热装置强化传热研究

课题提出的"海洋温差驱动的氨水发生-再热动力循环"与目前先进的"上原循环"具有相同的循环热效率但系统更为简单，同时提出一种适用于氨水溶液变温变浓度等压发生/吸收的小温差传热和低速海水边界层扰动强化换热并清除海洋生物附着的方法。课题将研究海洋温差氨水发生-再热动力循环热力学原理以及提高循环效率的理论方法，探索海水换热器小温差强化传热原理和技术。研究表面润湿作用下液体燃料在海水板式换热器内壁面液体再润湿升膜形成和传热传质机理，开发壁面液膜流态和温度测量技术，通过试验研究海洋环境下海水换热器边界层扰动导致传热强化的原因及其实验关联式。从而丰富热力学和传热传质学理论体系，为海洋温差热力系统的工程应用研制奠定理论和技术基础。

课题目标是对提出的"海洋温差驱动的氨水发生-再热动力循环"相关热力学和传热学原理问题进行理论探索，解决该循环涉及的理论和应用基础问题。课题对海洋温差氨水发生-再热动力循环热力学原理以及提高循环效率的理论方法进行了系统研究，研制完成了海洋温差氨水发生-再热动力循环原理样机和试验系统，从理论和试验上证明了该循环的可行性并给出了原理样机系统的主要特性。同时，对该循环工程应用涉及的关键技术问题展开了研究。在表面润湿作用下液体再润湿升膜形成和传热强化技术的基础上，进行了海水换热器小温差强化传热原理和技术的研究，完成了适用于氨水溶液变温变浓度等压发生/吸收的小温差传热和低速海水边界层扰动强化换热的方法。通过国际合作，采用金属纳米薄膜传热技术，研制成功了海水板式换热器壁面生物污垢检测的纳米金属传感器及生物污垢检测系统。理论和试验研究结果表明：在多数海洋环境条件下，课题提出的海洋温差氨水发生-再热动力循环比目前先进的"上原循环"更高的循环热效率且系统更为简单，同时完成的海水换热器强化换热和换热器壁面生物污垢检测等技术为海洋温差热力系统的工程应用研制奠定理论和技术基础。课题取得的主要成果包括：获得海洋温差氨水发生-再热动力循环的发明专利授权一项和相应的原理样机系统一套；在《中国科学》（E）英文版和国际学术期刊《Applied Thermal Engineering》上发表"海洋温差驱动的氨水发生-再热动力循环"原理和试验研究论文 ；在国际学术期刊《 J. of Enhanced Heat Transfer》上发表表面润湿作用下液体再润湿升膜形成和传热强化研究论文；在国际学术期刊Nanotechnology和SMALL上发表涉及海水板式换热器壁面生物污垢检测基础的金属纳米薄膜传热方面的论文。培养博士生、硕士生7名，其中两名博士生获得国家奖学金和研究生学术之星称号。与企业进行了海水换热器强化传热方面的产学研合作。在课题成果基础上，正在进一步开展的研究工作主要包括：可实现水深在20米以内的海洋温差10-20℃的海洋温差驱动的氨水再热-多级引射吸收动力循环系统和可直接用于海水换热器的生物污垢附着和深海管道的溢油检测的瞬态电热法海洋工程结构表面附着物检测系统的开发。