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海水淡化是目前解决淡水不足的一种重要方法。目前在世界上许多国家都在进行大量海水淡化方面的研究。本文是根据海水中钠元素的一价离子状态的特点,进行海水离子分离方法的研究。这种离子分离法的基本原理是利用强磁场对流动的海水施加磁场力,使海水中带正负不同电荷的离子,因受力方向不同而向相反方向运动,从而实现正负离子的分离。所采用的基本原理与磁流体发电和磁流体推进原理一致。
本文研究的主要内容包括以下几个方面:首先介绍海水离子分离法的基本原理,对离子分离器的基本结构进行了设计,给出了海水离子淡化通道和离子复合通道的双通道结构图。根据淡化通道和复合通道相邻性,给出环形离子分离器的结构图;在此基础上由磁场方程和流体方程,推导出海水淡化通道内流体所满足的二阶拟线性偏微分方程组,以速度和压力形式,给出通道壁面,流体进出口的边界条件。并利用加权余量法,推出海水淡化通道内流体所满足的偏微分方程所对应的数值解法,并给出了计算的一般步骤。最后利用ANSYS软件的流体计算功能,进行了仿真计算,求解淡化通道内离子的密度沿淡化通道变化情况,并给出了数值结果。
淡化通道内的海水密度在沿通道方向上以先缓慢,中间急速,最后缓慢的方式减少。计算结果表明海水离子分离法有望成为一种有效的海水淡化方法。
与其它主流方法(蒸馏法、电渗析法、膜渗透法等)相比这种方法原理简单,结构容易设计制造,此技术与现有的海水淡化方法相比,具有节省能源、环保、综合利用性强等优点。