化工学报 ›› 2024, Vol. 75 ›› Issue (S1): 85-94.DOI: 10.11949/0438-1157.20240337
周文博1(), 殷姜维1, 张丹1(
), 杨越1, 于佳豪2, 赵冰超2
收稿日期:
2024-03-25
修回日期:
2024-05-02
出版日期:
2024-12-25
发布日期:
2024-12-17
通讯作者:
张丹
作者简介:
周文博(1998—),男,硕士研究生,zhouwb@stu.xjtu.edu.cn
基金资助:
Wenbo ZHOU1(), Jiangwei YIN1, Dan ZHANG1(
), Yue YANG1, Jiahao YU2, Bingchao ZHAO2
Received:
2024-03-25
Revised:
2024-05-02
Online:
2024-12-25
Published:
2024-12-17
Contact:
Dan ZHANG
摘要:
为利用太阳能实现含盐废水的高效、低成本的深度脱盐,设计搭建了热辐射加热单液滴实验系统,以NaCl水溶液为工质,针对热辐射加热下单液滴蒸发过程开展了实验研究。采用波长为1450、1930 nm的激光器为热辐射源,功率密度为(1.4~2.1)×105 W·m-2;液滴初始质量分数为0.13~0.26、初始体积为1.0~5.0 μl。结果表明:(1)NaCl水溶液液滴蒸发过程可分为升温、析晶、热胀和降温四个阶段,其中析晶和热胀段是液滴蒸发的主要阶段;(2)提高外部辐射功率或采用大吸收系数波段可同时缩短升温、析晶及热胀段时长,提高表面平均蒸发速率;(3)提高液滴初始质量分数或初始体积可同时提高析晶温度、热胀段最高温度及表面平均蒸发速率,析晶段时长随初始质量分数的增大而缩短,但与液滴初始体积无关;(4)本文研究范围内NaCl水溶液液滴表面平均蒸发速率介于(0.7~7.4)×10-8 kg∙s-1之间,液滴温度依然是影响表面平均蒸发速率的主要因素。根据实验结果给出了热辐射加热下NaCl水溶液液滴表面平均蒸发速率的实验关联式,其计算值与实验值的主体误差在±20%之内。本文的研究结果可为热辐射驱动下含盐废水深度脱盐系统的设计和运行提供参考。
中图分类号:
周文博, 殷姜维, 张丹, 杨越, 于佳豪, 赵冰超. 热辐射加热下NaCl水溶液液滴蒸发过程的实验研究[J]. 化工学报, 2024, 75(S1): 85-94.
Wenbo ZHOU, Jiangwei YIN, Dan ZHANG, Yue YANG, Jiahao YU, Bingchao ZHAO. Experimental study on evaporation of aqueous NaCl solution droplet heating by thermal irradiation[J]. CIESC Journal, 2024, 75(S1): 85-94.
实验设备 | 型号 | 参数范围 |
---|---|---|
NaCl晶体 | DINGSHENGXIN | 纯度:0.995 |
温湿度表 | VICTOR231 | 温度:-25.0~75.0℃(±0.3℃) 环境温度:21.0~23.0℃ |
温湿度表 | VICTOR231 | 湿度:0~99.9% RH(±2% RH) 环境湿度:18.0%~20.0% RH |
激光器 | NMDL-1450-2.0型 | 波长:1450 nm 功率:0~1.8 W 光斑直径:3 mm |
激光器 | NMDL-1930-0.8型 | 波长:1930 nm 功率:0~0.5 W 光斑直径:3 mm |
移液枪 | UCHEN | 体积:0.5~10 µl(0.1 µl) |
浓度滴定仪 | WDDY-3000 | 浓度:0~26 g/L(±0.01 g/L) |
热电偶 | T型 | 温度:-200~400℃(±0.5℃) |
相机 | Canon eos 550D | 像素:3250×782 |
镜头 | EF 50 mm f/1.0 L USM | 焦距:50 mm |
表1 实验系统主要参数
Table 1 Test equipment main experimental parameters and range
实验设备 | 型号 | 参数范围 |
---|---|---|
NaCl晶体 | DINGSHENGXIN | 纯度:0.995 |
温湿度表 | VICTOR231 | 温度:-25.0~75.0℃(±0.3℃) 环境温度:21.0~23.0℃ |
温湿度表 | VICTOR231 | 湿度:0~99.9% RH(±2% RH) 环境湿度:18.0%~20.0% RH |
激光器 | NMDL-1450-2.0型 | 波长:1450 nm 功率:0~1.8 W 光斑直径:3 mm |
激光器 | NMDL-1930-0.8型 | 波长:1930 nm 功率:0~0.5 W 光斑直径:3 mm |
移液枪 | UCHEN | 体积:0.5~10 µl(0.1 µl) |
浓度滴定仪 | WDDY-3000 | 浓度:0~26 g/L(±0.01 g/L) |
热电偶 | T型 | 温度:-200~400℃(±0.5℃) |
相机 | Canon eos 550D | 像素:3250×782 |
镜头 | EF 50 mm f/1.0 L USM | 焦距:50 mm |
实验参数 | 实验范围 | 绝对误差 | 最小测量值 | 最大相对不确定度 |
---|---|---|---|---|
初始质量分数fm,0 | 0.13~0.26 | 0.005 | 0.13 | 0.038 |
初始体积V0/μl | 1.0~5.0 | 0.05 | 1.0 | 0.050 |
温度t/℃ | 18.0~110.0 | 0.2 | 18.0 | 0.011 |
等效直径d/mm | 1.20~4.80 | 4.8×10-3 | 1.20 | 0.004 |
升温速率K/(K·s-1) | 1.27~5.41 | 0.03 | 1.27 | 0.023 |
功率密度为qb/(W·m-2) | (1.4~2.1)×105 | 0.6×104 | 1.4×105 | 0.043 |
表面平均蒸发速率 | (0.7~7.4)×10-8 | 0.3×10-9 | 0.7×10-8 | 0.042 |
表2 实验参数的不确定度
Table 2 Uncertainty analyses of experimental parameters
实验参数 | 实验范围 | 绝对误差 | 最小测量值 | 最大相对不确定度 |
---|---|---|---|---|
初始质量分数fm,0 | 0.13~0.26 | 0.005 | 0.13 | 0.038 |
初始体积V0/μl | 1.0~5.0 | 0.05 | 1.0 | 0.050 |
温度t/℃ | 18.0~110.0 | 0.2 | 18.0 | 0.011 |
等效直径d/mm | 1.20~4.80 | 4.8×10-3 | 1.20 | 0.004 |
升温速率K/(K·s-1) | 1.27~5.41 | 0.03 | 1.27 | 0.023 |
功率密度为qb/(W·m-2) | (1.4~2.1)×105 | 0.6×104 | 1.4×105 | 0.043 |
表面平均蒸发速率 | (0.7~7.4)×10-8 | 0.3×10-9 | 0.7×10-8 | 0.042 |
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