受控条件下管状太阳能蒸馏器的热性能与淡水产量关系研究

《Sustainability》：Maximizing Desalination Yield in a Tubular Solar Still: Experimental Study and Multivariate Analysis of Critical Parameters

　　

摘要

太阳能蒸馏器为干旱、沿海和偏远地区提供了一种简单且可持续的淡水生产方法，在这些地区，常规脱盐往往不切实际。本研究在受控的室内条件下，实验评估了一种由当地易得材料制成的管状太阳能蒸馏器。分析了环境温度（Ta）、湿空气温度（Tha）、盖板温度（Tc）、槽体温度（Tt）、水温（Tw）、相对湿度、人工太阳辐射强度（Sr）以及相关的温差对热性能和淡水产量的影响。采用皮尔逊相关、线性回归和主成分分析（PCA）来研究所测变量之间的关系。水温和槽体温度迅速上升，并在 2 小时后达到约 46°C 的稳态值，而最大淡水产量达到 14.3 g/h。淡水产量与主要热驱动力呈强正线性关系，包括 Tw ? Ta（R² = 0.996）、Tw ? Tc（R² = 0.989）、Tha ? Ta（R² = 0.980）和 Tha ? Tc（R² = 0.940），而与相对湿度差（RHha ? RHa；R² = 0.964）呈强负相关关系。在稳态条件下实现的高热效率（在考虑盐度效应前约为 75%）证明了精确的辐照度控制可最小化热损失。皮尔逊相关分析证实，淡水产量与热变量之间存在显著的正相关（r = 0.957–0.998，p < 0.01），而与相对湿度参数之间存在显著的负相关（r = ?0.761 至 ?0.951，p < 0.01）。主成分分析显示，第一主成分解释了总方差的 83.55%，代表了系统的主导热行为，而前四个主成分共同解释了数据集变异的 98.47%。这些发现表明，淡水产量主要受内部热梯度的控制，而不仅仅是辐射强度，并强调了优化传热和传质过程对于提高低成本管状太阳能蒸馏器在可持续脱盐应用中的性能的重要性。这些发现为干旱缺水地区可持续脱盐应用中管状太阳能蒸馏器系统的优化和规模化提供了有用的见解，提供了一个通过可再生能源太阳能从海水中生产低成本饮用水的可持续框架。