随着社会的发展和人们生活水平的提高,水资源紧缺成为世界性问题,海水淡化是解决这一问题的有效途径。高能耗是制约海水淡化发展和大规模应用的主要因素之一。一方面,海水淡化过程需要通过消耗能源来分离出淡水,海水淡化的能源损耗和经济成本较高。另一方面,海水淡化后有大量浓盐水从设备中排出,由于浓盐水的处理量大、能耗高和成本高,目前浓盐水通常是未经专业处理就直接排入海洋中,此法将会影响近海海洋领域的环境和生态平衡。基于此,本人所在课题组提出一种将海水淡化与制盐一体化的方法,此法将反渗透膜法海水淡化过程中高压泵产生的不利脉动,传递给降膜蒸发海水淡化系统和喷雾干燥制盐过程中的热气流,变为有利脉动,使之形成脉动热气流,从而提高海水淡化和制盐过程的传热传质效果。为实现上述方法,本人所在课题组设计了一款可变频脉动能交换器,其工作原理是将脉动传递给降膜蒸发器或喷雾干燥系统中,使得有害脉动变为有利脉动,用于提高蒸发和液滴破碎的效率,实现双效节能。为优化脉动能交换器的性能参数,使脉动能交换器可以针对不同工况调整脉动参数,让每一种工况都能获得最优的蒸发或破碎效率,本文采用数值模拟方法研究不同参数的脉动气流中液膜或液滴的蒸发特性,从而获得较佳蒸发效果下的脉动气流参数,为脉动能交换器的研发及优化设计提供参考。本文的主要研究内容与结论如下:1、以数值模拟方法为基础,通过仿真模拟软件Fluent进行计算,将脉动能用于降膜蒸发过程中,研究脉动对竖直平板降膜蒸发的影响。针对脉动气流对竖直平板降膜蒸发的问题,通过建立二维非稳态竖直平板降膜模型,采用三角形波脉动气流对其蒸发,进行数值模拟研究,得出相较于匀速气流,脉动气流能够增强降膜蒸发的对流传质效果。当相对振幅A为5/6,Wo数为26时,脉动能交换器针对竖直平板降膜的蒸发存在最优参数。2、针对脉动气流对竖直圆管内壁面降膜蒸发影响的问题,通过建立二维非稳态液滴模型,采用三角形波脉动气流对其进行蒸发,进行数值模拟研究,分析脉动振幅和频率对破碎的影响。相较于匀速气流,脉动气流能够增强竖直圆管降膜蒸发的传热传质效果。当相对振幅A为1/7,Wo数为10时,可使脉动能交换器在竖直圆管降膜的蒸发中取得最佳蒸发效果。3、为探究脉动能交换器在液滴破碎中的最佳频率和振幅范围,针对脉动气流对液滴破碎影响的问题,通过建立三维无相变液滴模型,采用三角形波脉动气流对其破碎,进行数值模拟研究,分析脉动振幅和频率对破碎的影响,得出相较于匀速气流,脉动气流能够增强液滴破碎效果。当相对振幅A为1,Wo数为96.6时,脉动能交换器针对液滴的破碎存在最优参数。4、最后针对在有相变情况下脉动气流对液滴蒸发的影响,本文建立三维模型,采用高温脉动气流对其蒸发,进行数值模拟研究,分析脉动振幅和频率对液滴蒸发的影响,得出相较于匀速气流,脉动气流能够增强液滴蒸发效果。脉动能交换器调整参数为相对振幅A为1/5,Wo数为96.6时,可获得最佳蒸发效果。