作者：2017級本科生 張雙銘 雷瑞清 程鈺翔 張亦菲 郭鵬 仇錚 能源與動力工程系
指導(dǎo)老師：曹海山 能源與動力工程系
關(guān)鍵詞：干旱地區(qū) 水蒸氣 吸附 解吸 收集
摘要
目前，干旱地區(qū)的用水問題亟待解決。而即使在干旱地區(qū)，空氣中也是蘊(yùn)含水蒸氣的。空氣中取水的研究和商業(yè)化開發(fā)已較為成熟，但就空氣相對濕度低于20%的干旱地區(qū)，現(xiàn)有技術(shù)還不能完全滿足要求。為解決這一問題，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)出套管式設(shè)備，通過吸附材料對水蒸氣進(jìn)行富集，而后提高裝置溫度解吸水分，最終實(shí)現(xiàn)水的收集。經(jīng)過初期設(shè)計(jì)和理論計(jì)算，可行性與經(jīng)濟(jì)性價(jià)值均符合預(yù)期。
項(xiàng)目背景
目前，全世界1/9的人面臨水資源短缺的問題。向干旱地區(qū)運(yùn)送水資源，成本太高，為此科學(xué)家們想到‘向天借水’?？諝庵惺翘N(yùn)含水分的，即使是在干旱地區(qū)，問題就是如何才能夠?qū)⑦@些水分取出來。而對于空氣中取水這一研究領(lǐng)域，各國的相關(guān)研究早已有之，但問題是這些技術(shù)多要求空氣相對濕度在40%以上。就空氣相對濕度低于20%的干旱地區(qū)，現(xiàn)有空氣取水技術(shù)還不能完全滿足需求。為解決這一問題，本項(xiàng)目擬開展‘干旱地區(qū)空中取水’的研究，探索解決干旱地區(qū)缺水問題的途徑。
圖1 干裂的土地
應(yīng)用前景
該項(xiàng)目有著廣闊的應(yīng)用前景，可以填補(bǔ)在干旱地區(qū)空氣取水的研究空白?？梢宰鳛榧彝ナ街扑O(shè)備，解決干旱地區(qū)生活用水短缺問題。也可以應(yīng)用到沙漠綠化與精細(xì)農(nóng)業(yè)方向，通過該設(shè)備解決干旱地區(qū)灌溉用水問題，提高植被成活率。還可以結(jié)合新能源的風(fēng)光發(fā)電，解決部分棄風(fēng)棄光問題，用多余的電能來制取水，解決電站附近的用水問題?？傊?，該項(xiàng)目的應(yīng)用前景十分廣闊。
裝置簡介
本裝置核心工作部分采用套管式設(shè)計(jì)。其中內(nèi)管入口處安裝一抽氣機(jī)，入口和內(nèi)管開口處安裝開關(guān)裝置。內(nèi)管中填充吸附材料。內(nèi)管中安裝加熱裝置。外管內(nèi)壁設(shè)置冷凝表面。外管底部設(shè)置冷凝水收集裝置。空氣通過抽氣機(jī)進(jìn)入內(nèi)管，空氣中的水蒸氣被吸附材料吸收。一段時(shí)間后封閉內(nèi)管，加熱裝置啟動，吸附材料解吸，水蒸氣進(jìn)入外管冷凝并順管壁流入收集裝置。而后內(nèi)管通風(fēng)口再次打開，開始下一次循環(huán)。
圖2 裝置三維模型
圖3 裝置工作流程圖
項(xiàng)目進(jìn)展與未來規(guī)劃
該項(xiàng)目已經(jīng)完成了實(shí)施方案的詳細(xì)計(jì)劃，以及三維模型的建立，和以硅膠為主的吸附材料的深度調(diào)研。目前受疫情影響，原型機(jī)的拼裝與調(diào)試工作被迫推遲。
圖4 吸附材料特性曲線圖1
目前正在進(jìn)行理論上的驗(yàn)證計(jì)算和效率分析，來優(yōu)化整體的設(shè)計(jì)尺寸和材料布置。
未來將在返校之后開展原型機(jī)的拼裝工作，并在理論計(jì)算和實(shí)際結(jié)果的數(shù)據(jù)參考下不斷優(yōu)化改進(jìn)設(shè)備，來獲得更高的效率和產(chǎn)水量。
外部鏈接：
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1 引自“劉葉鳳，范宏武，王如竹. 新型復(fù)合吸附劑SiO2·xH2O·yCaCl2 與常用吸附劑空氣取水性能的對比實(shí)驗(yàn)研究[J].太陽能學(xué)報(bào)，2003,24（2），141-144.”
