用于太阳能蒸发的折纸式蒸发器性能仿真

太阳能驱动水蒸发技术是一种零碳、可持续从海水与污水中获取清洁水的方法,逐渐成为缓解全球水资源危机的有效途径之一.目前用于太阳能水蒸发过程的蒸发器多采用一维界面蒸发结构,其最大蒸发速率受限于太阳能利用的热力学极限,而三维结构界面蒸发器可借助于光的多次折射和捕捉与环境能量的利用,实现太阳能蒸发速率和能量利用效率的提高.为了探究折纸阵列型三维蒸发器的性能与优势,采用COMSOL有限元仿真方法对高宽比3∶2折纸蒸发器模型进行研究.通过对温度场、速度场以及蒸汽浓度场的传热传质分析,对比讨论了该结构相比平面蒸发结构的优势及其原因,并探究了环境风速、环境相对湿度及太阳入射角等多种因素对蒸发器性能的影响.结果表明,单阵列折纸型三维蒸发器相比于平面蒸发器纯蒸发速率平均提高1.20倍,达到1.53 kg·m-2·h-1,同时可将动态太阳能捕捉性能提升32.07%.环境风速与低相对湿度环境将对蒸发速率产生增益,在低相对湿度20%与环境风速1.0 m·s-1下可达3.07 kg·m-2·h-1的理论蒸发速率.所设计的结构及仿真结果为后续三维蒸发器及其高效蒸发提供了设计思路.