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我院碳中和技术创新班本科生在国际高水平期刊Desalination发表论文

时间:2022-06-14 点击次数:1740


       我院刘百仓教授团队近期于期刊Desalination(IF: 9.501)发表题为“Theoretical evaluation of the evaporation rate of 2D solar-driven interfacial evaporation and of its large-scale application potential”的文章。该文章的第一作者为碳中和技术创新班本科生宋昭阳,通讯作者为刘百仓教授。

「研究亮点」

1)多环境变量耦合下的二维太阳能驱动的表面蒸发技术的蒸发速率建模;

2)基于模型和气象数据的二维太阳能驱动的表面蒸发技术的全球蒸发潜力计算;

3)基于数据的二维太阳能驱动表面蒸发技术的实际工业前景展望。

「文章简介」

       二维太阳能驱动的表面蒸发技术(2D SIE)是一种低成本、环境友好的水处理解决方案。现有研究已经将单级蒸发的性能提高到了接近其在受控环境中的上限。然而最关键的参数——蒸发速率——现主要是通过实验室规模的小试进行评估,数据通常是在一组特定的环境条件下获得的。以往的研究没有在多环境变量(例如温度、湿度或风速)变化的情况下评估或模拟该技术的蒸发率。为了在真实尺度下有效利用2D SIE技术并了解其在不同场景中的潜力,必须考虑环境参数的时空变化。为了初步解决该问题,论文提出了一个用于评估2D SIE系统在真实环境中蒸发速率的模型。基于该理论模型,探索了2D SIE技术在全球范围内应用潜力。这项研究为进一步的模型开发提供了理论基础,同时也可为2D SIE系统设计及大规模推广及进一步改进提供关键信息。

 

 图1. SIE 技术的潜在应用和现阶段 SIE 研究中采用的技术约定。(a) SIE 技术在海水淡化、农业用水改善、太阳能蒸汽发电、作为一种气候改善的可能手段、工业废水处理、太阳能蒸汽消毒等领域的应用潜力。(b) 实验室条件下SIE实验材料和系统的一些技术(如温度、相对湿度、风速等条件)的约定。

 图2. 多环境变量对2D SIE的影响。(a) 在设定参数范围内计算的模型total-order index。(b) 环境参数对蒸发过程的定性影响:蒸发是水分子获得足够的动能逸出水-气界面的过程。在2D SIE技术中,表面材料根据光热转换过程中获得的热能直接为水分子提供动能。同时,空气对水分子的容纳是有限的。如果湿度达到饱和,蒸发过程将停止。空气湿度与水分子浓度成正比,即水分子浓度越高,湿度越高。图中,φ表示水分子的浓度,∂φ∕∂z表示水分子在垂直方向的浓度梯度。风可以帮助水蒸气离开水面,降低液体表面附近水分子的浓度,增加浓度梯度,增强传质过程。而温度会影响汽化焓和空气的饱和蒸汽压(即相对湿度)。(c) 方程中的物理量之间的经验关系。

 图3. 基于理论模型结合2020年全球气象数据计算的全球尺度2D SIE技术蒸发潜力预测。(a) 该图显示了蒸发预测值的全球分布,计算值为预计在一年内产生的单位面积总蒸发值,蒸发量单位为kg m-2year-1。(b) 每个蒸发数据段的数据量百分比:100% 代表所考虑的总陆地面积,几乎涵盖全球所有区域,除了南极洲大陆和南纬60°以南的一些岛屿。(c) 单位面积年总蒸发量随纬度的变化:平均值计算方法是对某纬度下所有土地的蒸发估计量作平均。曲线上有两个峰,主要处在澳大利亚和北非所在的纬度区间。该图还显示了中国、美国本土、澳大利亚和欧洲的纬度跨度区间。(d) 四个被选定探讨的地点在一年不同月份下的单位面积日平均值 (kg m-2year-1) 变化趋势。

「原文信息」

 

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.desal.2022.115891

 

「部分作者简介」

第一作者

 

新能源与低碳技术研究院碳中和技术创新班本科生:宋昭阳

 

通讯作者

 

刘百仓教授

通讯邮箱:bcliu@scu.edu.cn

先进膜与水资源可持续利用团队

http://www.baicangliu.org

期待大家的关注!

 


 

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