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潮流能直驱式海水淡化系统的研究

作　者: 穆永杰
导　师: 黄方平
学　校: 太原科技大学
专　业: 机械工程
关键词: 潮流能直驱式反渗透海水淡化能量回收
分类号: P747
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

在21世纪中，潮流能必定是能源消费结构的重要组成部分，是一种非常有前景的绿色可再生能源产业。可是，目前潮流能的主要利用形式是发电，而很少直接用于海水淡化。现有的反渗透海水淡化设备大多都是通过稳定的电能驱动的，而在一个远离大陆的小岛上电能和淡水都是极其缺乏的。如何利用海岛周围丰富的海洋能进行直驱式海水淡化，这是目前急需解决的难题。本文提出使用捕能系统捕获潮流能带动低速海水泵把低压海水转换为高压海水进行海水淡化，并对海水淡化过程所产出的浓海水进行能量回收。潮流能海水淡化关键在于提高能量转换效率和稳定进入海水淡化系统前的海水压力。潮流能海水淡化系统采用水液压直驱式和能量回收系统等设计方法提高了潮流能转换效率，而且系统中的高、低压蓄能器及压力调节控制方式等对海水淡化过程中海水压力起着稳定的作用。在潮流能时变的特点之上基于流体力学理论，建立了潮流能直驱式海水淡化系统的各个子系统的数学模型，并最终推导出潮流能直驱式海水淡化系统的离散型数学模型。该数学模型考虑了水液压系统内部件的滑动摩擦力和泄露量。在有无控制的情况下，通过压力调节控制、能量回收系统控制和最大产水量的控制等控制方式对潮流能海水淡化系统的数学模型在系统压力、产水量和产水比能耗等方面进行仿真。仿真结果表明:系统压力相对稳定、系统产水量大、产水比能耗小。同时，论述了海水淡化样机的原理、参数确定、设计及制作过程，并进行海上实验。

全文目录

中文摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章引言  10-23
  1.1 课题研究的背景  10-11
  1.2 海洋能海水淡化国内外研究现状  11-18
    1.2.1 波浪能海水淡化  11-14
    1.2.2 潮流能海水淡化  14-18
  1.3 海水淡化技术国内外现状  18-21
    1.3.1 反渗透法  18-19
    1.3.2 蒸馏法  19
    1.3.3 电渗析法  19-20
    1.3.4 真空冷冻法  20-21
  1.4 论文主要研究内容及意义  21-23
第二章潮流能海水淡化系统的方案分析  23-34
  2.1 海洋能海水淡化系统的组成  23-24
    2.1.1 海洋能海水淡化系统的一般组成  23
    2.1.2 潮流能直驱式海水淡化系统的组成  23-24
  2.2 潮流能海水淡化系统的方案  24-30
    2.2.1 潮流能直驱式海水淡化系统的方案  24-25
    2.2.2 潮流能发电式海水淡化系统的方案  25-26
    2.2.3 潮流能液压泵马达式海水淡化系统的方案  26-27
    2.2.4 潮流能直驱发电式海水淡化系统的方案  27-28
    2.2.5 基于波浪能和潮流能耦合的直驱式海水淡化系统的方案  28-29
    2.2.6 方案的对比  29-30
  2.3 系统的主要组成装置选型  30-32
    2.3.1 海水预处理装置  30
    2.3.2 海水泵装置  30-31
    2.3.3 蓄能稳压装置  31-32
    2.3.4 能量回收装置  32
  2.4 本章小结  32-34
第三章潮流能直驱式海水淡化系统数学模型的建立  34-46
  3.1 水压传动  34-35
  3.2 系统建模假设  35
  3.3 潮流能捕获系统的数学模型  35-38
    3.3.1 潮流的规律特点  35-36
    3.3.2 叶素动量(BEM)理论  36-37
    3.3.3 水轮机能量捕获系统的数学模型  37-38
  3.4 系统传动部分的数学模型  38-41
    3.4.1 变量海水泵子系统的数学模型  38-39
    3.4.2 蓄能器子系统的容量关系数学模型  39-41
  3.5 反渗透海水淡化膜系统的离散型模型  41-42
  3.6 能量回收系统的数学模型  42-44
  3.7 阀件数学模型  44
  3.8 潮流能直驱式海水淡化系统总数学模型  44-45
  3.9 本章小结  45-46
第四章潮流能直驱式海水淡化系统的仿真  46-56
  4.1 潮流能直驱式海水淡化系统的控制  46-49
    4.1.1 系统压力调节控制  46
    4.1.2 能量回收系统的控制  46-47
    4.1.3 系统最大产水量的控制  47-48
    4.1.4 数字 PID 在仿真中的应用  48-49
  4.2 潮流能直驱式海水淡化系统的仿真及分析  49-54
    4.2.1 系统的仿真模型  49-50
    4.2.2 系统仿真潮流流速的确定  50-52
    4.2.3 有无压力调节控制下的仿真及分析  52
    4.2.4 有无能量回收系统控制下的仿真及分析  52-53
    4.2.5 有无最大产水量控制下的仿真及分析  53
    4.2.6 系统产水比能耗的仿真及分析  53-54
  4.3 本章小结  54-56
第五章海水淡化样机研制  56-62
  5.1 样机原理  56
  5.2 样机的参数设计  56-57
  5.3 元件型号的选择  57-58
  5.4 样机的结构设计  58-59
  5.5 样机实验室试验  59-60
  5.6 样机海上试验  60-61
  5.7 本章小结  61-62
第六章结论与展望  62-64
  6.1 结论  62
  6.2 展望  62-64
参考文献  64-67
致谢  67-68
攻读学位期间发表的学术论文目录  68-69

潮流能直驱式海水淡化系统的研究

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