一项关于利用核桃壳制作半球形太阳能蒸馏器性能的综合性4E研究

《Heat Transfer》：A Comprehensive 4E Study on the Performance of Hemispherical Solar Stills Utilizing Walnut Shells

阿尔及尔大学研究显示，采用3mm和6mm核桃壳作为热存储介质可有效提升太阳能蒸馏器性能，日均产水量分别提高51.06%和36.17%，成本降至0.0051美元/升（3mm）和0.0056美元/升（6mm），环境效益显著，为干旱地区提供可持续海水淡化方案。

　　

摘要

淡水短缺是干旱和半干旱地区面临的一个严峻挑战，因此需要成本效益高且可持续的海水淡化解决方案。半球形太阳能蒸馏器（HSS）因其高效和简单的设计而具有很大的潜力，但为了最大化产量，还需要进一步改进。本研究通过将核桃壳作为热储存介质来提升HSS的性能。实验于2024年8月13日在阿尔及利亚的El Oued大学进行，测试时间从上午7点持续到下午7点，条件符合当地气候特点。通过全面的4E分析（能源、有效能、经济、环境）评估了不同核桃壳尺寸（3毫米和6毫米）对生产力和可持续性的影响。结果表明，使用3毫米核桃壳的配置（HSS-WS3）实现了最高的日产量，达到7.10升/平方米/天，比传统HSS（THSS）提高了51.06%；而使用6毫米核桃壳的配置（HSS-WS6）的日产量为6.40升/平方米/天（提高了36.17%）。HSS-WS3的能源效率提高了50.50%，HSS-WS6的能源效率提高了35.90%；有效能效率分别提高了118.30%和70.60%。从经济角度来看，每升蒸馏水的成本降至0.0051美元（HSS-WS3）和0.0056美元（HSS-WS6），而传统HSS的成本为0.0077美元，因此投资回收期分别缩短至20天和23天。从环境角度来看，HSS-WS3在其10年的使用寿命内减少了2.049吨的二氧化碳排放。这些发现表明，核桃壳，尤其是较小颗粒尺寸的核桃壳，是一种有效、低成本且可持续的材料，能够提升太阳能蒸馏器的性能，为水资源短缺地区提供了一种有前景的海水淡化策略。