“昼兴夜替”—一种相变储热与界面光热蒸发耦合的海水淡化装置

获奖等级：全国一等奖

学生作者：皮豪杰、邓坤瑜、梁鸽、杨月宝、赵昊城、许恒瑞、薛依尘

指导教师：敬登伟

【项目介绍】针对目前海水淡化技术面临的能耗大、污染大、占用空间大等问题，本作品设计了一种低能耗、无污染且能昼夜不间断持续作业的紧凑便携的海水淡化装置。该装置的主要优点如下：1）基于氧化还原石墨烯材料设计出一种新型的气凝胶片，该器件集保水、吸光和蒸发三种功能于一体；其优异的光热特性可实现水的高效蒸发；2）针对淡化装置的工作温度，根据逆转热传导方向的原理，设计出具有顶盖的十字形三维翅片结构，在吸热面积基本不变的前提下，显著增大了冷蒸发表面的面积，使装置的蒸发效率提高1.65倍；3）使用相变储热材料白天吸收光能储热、夜晚释放热量延续蒸发时间，相变材料的加入使装置进入夜间后蒸发速率可以达到没有相变储热材料时的6.9倍，且蒸发速率可以保持稳定超过6小时。考虑表面对表面辐射、固体传热和稀物质传递等模型，对所设计的装置进行多物理场分析及数值仿真，模型预测结果与实验结果良好吻合。经过系统的实验和仿真优化，最终优化改进后的装置的海水淡化效率是原文献报道值的2.13倍。本作品可为解决淡水资源匮乏地区的饮用水问题提供具体解决方案，亦可为海岛边防哨所提供淡水保障，因其具有能耗低、效率高、连续作业、成本低廉、紧凑便携等优势，具有很好的推广价值。本作品已提交国家发明专利申请一项。