通过太阳能驱动的旋转多孔材料和真空管对太阳能蒸馏器进行的实验性分析及优化研究

《Renewable Energy》：Experimental and optimizable analysis of solar distiller via solar-driven rotating porous material and evacuated tubes

本研究提出了一种结合真空管和旋转多孔材料的改进太阳能蒸馏器（MSS），实验表明MSS相比传统太阳能蒸馏器（CSS）生产效率提升130%，成本降低至$0.0113/升，并利用MATLAB回归分析优化参数，适用于干旱地区。

　　全球淡水资源的短缺是一个日益严重的问题，尤其是在许多干旱和半干旱地区。这一问题不仅影响着农业和工业的发展，还对居民的日常生活造成重大影响。随着人口增长和气候变化的加剧，传统的供水系统在这些地区面临诸多挑战，因此，探索新的水处理技术变得尤为重要。太阳能蒸馏技术作为一种利用太阳能进行海水淡化的方法，因其环保、可持续和成本效益高等优点，成为解决这一问题的重要途径之一。

在众多太阳能蒸馏技术中，传统的单斜太阳能蒸馏器（CSS）因其结构简单和易于制造而被广泛使用。然而，其淡水产量和热效率往往受到限制，特别是在光照条件不佳或水温较低的环境中。为了提高系统的性能，研究人员提出了多种改进方案，其中一种创新方法是引入真空管和旋转多孔材料，构建了一种新型的改良太阳能蒸馏器（MSS）。该系统通过优化热能的利用，显著提高了淡水产量，同时降低了单位产量的成本。

真空管作为一种高效的热能收集装置，能够有效吸收和储存太阳能，提高系统的整体热效率。而旋转多孔材料则通过其动态的蒸发机制，促进了水分子的蒸发和冷凝过程，从而增加了淡水的产出。在实验中，研究人员对不同水位、旋转速度以及旋转多孔材料数量的配置进行了测试，以评估其对系统性能的影响。结果显示，MSS在所有测试条件下均表现出优于CSS的性能，特别是在提高每日淡水产量方面，其产出量达到了CSS的130%。此外，MSS的单位成本仅为0.0113美元/升，显示出其在经济上的可行性。

实验的地点选在埃及北西奈的埃尔阿里什，这一地区以其充足的日照和较低的降雨量而闻名，是测试太阳能蒸馏技术的理想场所。研究人员在实验过程中严格控制了各种操作变量，如旋转轴的速度、旋转轴的数量、蒸馏池中的水深以及真空管的使用情况。通过系统的实验设计和数据分析，研究团队不仅验证了MSS的性能优势，还进一步探讨了其在不同环境条件下的适应性。

为了更全面地分析MSS的性能，研究人员还利用MATLAB的回归学习工具开发了一个可优化的神经网络模型。该模型能够预测系统的累计产水量，并识别输入变量之间的非线性关系。通过结合实验数据和机器学习方法，研究团队实现了一个更加精确和全面的系统行为分析，为优化设计参数提供了有力支持。这种混合方法不仅提高了研究的科学性和准确性，还为未来太阳能蒸馏技术的发展提供了新的思路。

此外，研究团队还进行了经济分析，评估了MSS在不同配置下的成本效益。结果显示，MSS在保持较高产水量的同时，显著降低了单位成本，使其成为资源有限地区的一种可行解决方案。这种技术的推广和应用，不仅有助于缓解当地的水资源短缺问题，还可能对全球范围内的水资源管理产生积极影响。

总的来说，这项研究通过实验和数据分析，展示了MSS在提高太阳能蒸馏系统性能方面的潜力。其结合真空管和旋转多孔材料的设计，不仅克服了传统太阳能蒸馏器的局限性，还为未来的研究和应用提供了新的方向。随着技术的不断进步和成本的持续降低，太阳能蒸馏技术有望在全球范围内得到更广泛的应用，特别是在那些缺乏传统能源供应但拥有丰富太阳能资源的地区。