[论文解读] High efficient solar evaporation by airing multifunctional textile

Guilong Peng, Shichen Deng+4 more|arXiv (Cornell University)|Dec 6, 2018

Solar-Powered Water Purification Methods被引用 4

一句话总结

本研究提出了一种基于多功能纺织品毛细芯的通风蒸发装置（AES），用于高效太阳能蒸发，在1 kW/m²太阳辐照下实现了87%的能量效率，蒸发速率比传统浮置蒸发装置（FES）高出20%。性能提升主要源于更大的蒸发面积，且该系统具有低成本、柔性及便携的特点，适用于太阳能海水淡化、快速干燥纺织品以及热绝缘等应用。

ABSTRACT

Solar evaporation is important for many applications such as desalination, power generation and industrial drying. Recently, some studies on evaporation reported obtaining high energy efficiency and evaporation rate, which are based on floating evaporation setup (FES) with nanomaterials. Here, we proposed a new cheap and simple setup, named as airing evaporation setup (AES). It shows that the energy efficiency of AES reaches up to 87 % under 1 kW/m2 of solar irradiation, which is 14% higher than that of FES. Meanwhile, the total evaporation rate of AES is about 20% higher than that of FES. The theoretical analysis reveals that the main reason for a better performance of AES is the increasing evaporation area. More interesting, AES could be used for designing portable systems due to its simplicity and flexibility. Furthermore, we show that AES and the corresponding wick material can be used in solar desalination, textile quick-drying and warm-keeping.

研究动机与目标

• 开发一种低成本、简单且高效的太阳能蒸发系统，以实现实际应用。
• 克服浮置蒸发装置（FES）在效率和可扩展性方面的局限性。
• 探索多功能纺织品毛细芯在提升蒸发性能方面的潜力。
• 实现便携式且灵活的太阳能蒸发系统，以适应实际部署需求。
• 展示该系统在太阳能海水淡化、纺织品干燥和热绝缘中的适用性。

提出的方法

• 作者设计了一种通风蒸发装置（AES），利用多功能纺织品毛细芯将水从水箱输送到薄而暴露的蒸发层。
• 纺织品毛细芯经过工程优化，以增强毛细作用，确保水分均匀分布并最大化蒸发表面积。
• 该系统无需浮置部件，依靠重力和毛细输运，而非浮力结构。
• 通过理论分析，比较了AES与FES的蒸发面积和传热效率。
• 在1 kW/m²太阳辐照条件下对系统进行了测试，以测量能量效率和蒸发速率。
• 对毛细芯材料在多种应用中的耐久性、水分传输性能和热绝缘性能进行了评估。

实验结果

研究问题

• RQ1 一种简单且低成本的蒸发装置是否能在效率和蒸发速率方面超越传统的浮置蒸发系统？
• RQ2 更大的蒸发面积在提升太阳能蒸发性能方面起到何种作用？
• RQ3 多功能纺织品毛细芯如何促进毛细输水和热管理？
• RQ4 AES在多大程度上可适配为便携式和多功能应用，如海水淡化和纺织品快速干燥？
• RQ5 非浮置、基于纺织品的太阳能蒸发系统可实现的最大能量效率是多少？

主要发现

• 在1 kW/m²太阳辐照下，AES的能量效率达到87%，比FES高出14个百分点。
• 在相同太阳辐照条件下，AES的总蒸发速率比FES高出约20%。
• 理论分析证实，更大的蒸发面积是AES性能提升的主要原因。
• 多功能纺织品毛细芯实现了高效的毛细输水，并在无浮置部件的情况下维持了稳定的供水。
• 由于其轻质、柔性及低成本设计，该系统在便携应用中表现出可行性。
• AES及其毛细芯材料在太阳能海水淡化、快速纺织品干燥和热绝缘中均成功应用，证实了其多功能性。