本期分享发表在Chemical Engineering Journal杂志上题目为“Airflow-assisted array evaporators achieving ultra-high solar evaporation rates: Experimental and simulation study”的研究文章。
Part 1 文章简介
太阳能驱动的界面蒸发 (SIE) 作为一种新技术，在全球淡水短缺的背景下被认为是一种有前途的绿色可持续战略。现阶段，高蒸发率仍然是主要追求。阵列蒸发器由于其表面积较大，因此可以实现高蒸发率。然而，通过气流进一步提高阵列蒸发器性能仍未得到探索。在本研究中，我们开发了一种由表面碳化的木柱组成的阵列形式的 3D 蒸发器。结构设计带来的额外蒸发表面积可带来高蒸发率，而引入气流可进一步提高蒸发率。模拟结果表明，气流可以显著增强水蒸气的扩散，降低水的分压，最大限度地减少蒸发表面的热区，从而促进水的高效蒸发。结果显示，在 1.0 太阳光照和 3.5 m s−1 气流速度下，该阵列的蒸发率为 13.2 kg m-2h−1，与静态条件下的值相比提高了 270%。该值明显高于之前报告的大多数数据。预计气流辅助阵列作为高效的太阳能蒸发器，在蒸汽冷凝和淡水收集兼容策略的帮助下，将实现高产量并打破限制 SIE 大规模应用的瓶颈。
图1是实验装置说明。（a）带有设计通孔的碳化基座，（b）由碳化柱和基座组成的阵列，以 PS 泡沫作为绝缘材料，（c）太阳能水蒸发测试系统。
图2是碳化柱的数码照片和 SEM 图像。数码照片为 (a) 碳化表面和 (b) 柱的侧面横截面。SEM 图像为 (c) 柱的顶部横截面和 (d) 柱的侧面横截面。
图3是(a) 调查和 (b) C1 XPS 光谱、(c) 太阳吸收光谱和 (d) 太阳加权平均吸光度。
图4是(a) 拉曼光谱和 (b) FTIR 光谱、(c) 亲水性和 (d) 沿柱子向上输送水的红外图像。
图5是不同高度的基座和柱子的 (a) 质量变化和 (b) 太阳蒸发率，以及 (c) 40 分钟内 8 厘米的柱子表面的温度分布 (d) 60 分钟内 8 厘米的柱子表面的温度分布 (e) 60 分钟内 10 厘米的柱子表面的温度分布。
图6是由不同数量柱子组成的阵列的（a）质量变化和（b）太阳蒸发率，由不同数量柱子组成的阵列的（c）蒸汽浓度、（d）流速和（e）温度分布的模拟，以及（f）在阵列的不同位置测得的温度曲线（如图 1c 所示）。
图7是（a）8、（b）10、（c）12根柱子组成的阵列在不同风速下的质量变化，（d）不同数量柱子组成的阵列在不同风速下的太阳蒸发速率，以及（e）12根柱子组成的阵列在不同风速下的流速和（f）水汽浓度的模拟。
图8是冷凝水收集方法的示意图。该方案由几个部分组成：a) 进气口，b) 作为天花板的聚乙烯薄膜，c) 偏航系统，d) 作为蒸发器的阵列，e) 海水，f) 冷凝室，g) 烟雾，h) 淡水储罐。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.159043
引用：Zhang, Dexu, et al. "Airflow-assisted array evaporators achieving ultra-high solar evaporation rates: Experimental and simulation study." Chemical Engineering Journal (2024): 159043.
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