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超声波海水淡化温度的影响

在淡水资源日渐匮乏的今天,现有的淡水资源已经很难满足日益增长的经济和社会的需求,严重制约了经济和社会的可持续发展。在这样的情况下,开辟新水源,向海洋要淡水成为当务之急。海水淡化工程在近些年来迅速崛起并日渐规模,是解决沿海城市淡水危机的重要战略选择。海水淡化的方法很多,形成商业化并颇具规模的海水淡化方法主要有热法和膜法。无论是从海水中取出淡水,还是除去海水中的盐,盐与水的分离均是一种非自发过程,都必须消耗一定的能量,如何减少这一过程的能量消耗,成为海水淡化技术首要考虑的问题。高成本、高能耗是膜法和热法的共同缺点,严重制约了海水淡化的发展进程,尤其是热法海水淡化技术。

超声波具有雾化的作用,能够加速海水蒸发,增加海水的表面积,提高产水率,并且具有能耗低、性能稳定、可靠性高和便于操作等特点,将超声波技术运用到热法海水淡化上具有广阔的发展前景。

影响因素

超声波作为一种特殊的能量输入方式,具有良好的方向性、反射性、聚束性和穿透能力,能量易于集中。超声波利用其空化作用以及其空化所伴随的机械效应、热效应、化学效应、生物效应等广泛应用于各个行业。超声波雾化技术就是运用了超声波在水中传播过程中的空化效应,雾化过程不需加热和添加任何化学剂就能够实现,充分体现了节能的功效。

超声波雾化技术的主要影响因素:超声波频率、声强;操作参数包括液体温度、压力、介质黏滞性、表面张力等因素。温度是超声波雾化影响的一个综合参数,温度变化的同时伴随着液体的黏度、表面张力的变化。表面张力随着温度的升高而降低并呈线性关系。

试验

采用电子的超频震荡,水受到超声波的震荡作用从水面射出细小的水柱,在周围气流的扰动下,表面产生压力波动,在雾化过程中如果气动力足够大,表面波的波长超过临界波长,则波幅将会增长,当波幅足够大时,半个波长或整个波长将被撕裂下来,然后由于表面张力的作用再收缩成液滴,在水的端部将其抛离,微米级液滴与周围空气换热蒸发,提高了淡化效率。

超声波的作用明显提高了海水的蒸发速率;蒸发速率与温度成正比,温度越高蒸发速率越快;在超声波作用下蒸发速率较适宜的温度范围为50~65℃。

室内温度不变的条件下,在盐度变化为15~35、温度变化为35~7O℃范围内对超声波雾化作用下海水的蒸发速率进行了精密的测量,结果如下:

超声波海水处理

总结

将所得到的试验数据经计算机处理,得出海水的蒸发速率同温度和盐度之间的关系式,对每一盐度的海水的蒸发速率与温度的关系进行统计处理,发现它们呈线性函数关系:V=at+b

盐度和温度共同影响海水蒸发速率,随海水温度的升高,蒸发速率加快;随盐度的增加,蒸发速率降低。由温度影响系数及盐度影响系数可知,温度为主导影响因素,这是因为,超声波的存在,在液体表面产生表面张力波动,降低了因盐度增加而增加的表面张力,使盐度影响系数减小。超声波雾化过程就是液体克服表面张力增加其表面积的过程,因此表面张力的大小对雾化作用有明显的影响。

海水的表面张力和黏度随着温度的升高而降低,有利于超声波的空化作用,从而加速了海水淡化的蒸发速率,提高产水率。试验采用曲线拟合得出温度和蒸发速率呈很好的线性关系,与“海水的表面张力随着温度的升高而降低并呈线性关系”相吻合。

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