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聚光光伏与热系统在淡水生产中的应用
摘要： 本研究旨在探究结合直接接触式膜蒸馏（DCMD）的聚光光伏/热系统（CPV/T）用于海水淡化的性能表现。通过构建数值传热传质模型评估淡水生产的可行性。研究发现：系统平均电效率约18%，热效率提升至平均25%，总效率平均达71%。采用冷却循环时，CPV/T峰值时段效率达到19.26%。最终DCMD模块实现3 kg/m2/h的淡水产量，消耗约9200 kJ/kg水的热能。水质量通量呈非线性下降，从3 L/m2/h降至1.8 L/m2/h。当系统增益输出比（GOR）达到2.6及以上效率值时，CPV/T出水温度会随耦合系统产水通量同步升高；反之若CPV/T出水温度较低，则换热器进水温度随之降低，导致DCMD模块进水温度显著下降。
关键词： 膜蒸馏、太阳能海水淡化、集中式平板太阳能光伏-热利用系统、太阳能、水淡化
更新于2025-09-23 15:19:57
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等离子体纳米填料在膜蒸馏中的光热响应
摘要： 聚合物膜内等离子体纳米颗粒（NPs）的光热转换有助于提高海水淡化膜蒸馏的效率。然而，光热膜蒸馏的物理机制尚不明确。本文建立了聚合物膜中银、金和铜纳米填料的光热等离子体光热转换模型，用于膜蒸馏研究。我们考察了孤立金属纳米颗粒及其组装体的光热效应，同时考虑了尺寸效应和激发源的影响。增加金属纳米颗粒的含量可提升光热转换效率。对于填充25%银纳米颗粒的聚合物膜，我们的模型准确复现了实验测得的10K温升。特别发现半径约30-40nm的银纳米颗粒在可见/近紫外波段激发时是膜加热的优选材料。在传热方程中引入热损失项后，能良好复现膜表面蒸发相关的冷却效应。与银纳米颗粒相比，金和铜纳米颗粒具有更宽的吸收截面，其共振特性随激发能量变化呈现非线性行为，与太阳辐射光谱的匹配度更优。
关键词： 光热转换、膜蒸馏、海水淡化、等离子体纳米粒子、光热转化
更新于2025-09-23 15:19:57
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纳米光子学赋能的太阳能膜蒸馏抗结垢技术
摘要： 本研究对比了膜蒸馏（MD）与纳米光子学太阳能膜蒸馏（NESMD）的结垢行为。先前研究表明，由于光热膜涂层驱动的局部表面加热，NESMD是一种适用于离网脱盐的节能系统；但自加热表面的结垢问题仍存在疑虑。本研究采用模拟微咸水开展台架实验，比较了NESMD与MD的结垢倾向性。结果显示NESMD具有极强的抗结垢能力——在通量无衰减的情况下，其盐浓度因子（c/c0）达到MD的三倍。对NESMD膜面结垢层的分析表明，其盐沉积量仅为MD的1/4。NESMD的抗结垢特性归因于其较低的工作温度：该温度既提高了常见结垢物的溶解度，又降低了盐类析出速率。沉淀动力学测量显示，加热条件（62°C，k=8.7×10?2 s?1）下的沉淀速率比常温（22°C，k=7.1×10?3 s?1）快一个数量级。这些结果表明，在处理高结垢潜力水（结垢会阻碍高水回收率）时，NESMD相比MD具有显著优势。
关键词： 纳米光子学驱动的太阳能膜蒸馏、光热膜涂层、抗结垢、海水淡化、膜蒸馏
更新于2025-09-19 17:13:59