基于石墨烯氧化物与芒硝复合相变材料的双斜面太阳能蒸馏器性能优化研究

本研究创新性地将石墨烯氧化物(GO)纳米颗粒与芒硝复合相变材料(PCM)应用于双斜面太阳能蒸馏器(DSS)，实验表明该纳米PCM使产水量达2751 ml/天，较传统系统提升63.07%，兼具43.06%能量效率和0.024美元/升的经济性，为低成本被动式海水淡化提供了优化方案。

　　

亮点

• 新型GO-芒硝纳米PCM使DSS系统实现12.65%的产水量提升

• 蒸发传热系数达91.25 W/m²K，展现卓越相变调控能力

材料与方法

采用双斜面玻璃结构（倾斜角30°）的DSS系统，有效集光面积0.35 m²。实验设置四组对照：传统DSS（案例1）、添加石蜡PCM（案例2）、芒硝PCM（案例3）及GO-芒硝纳米PCM（案例4）。纳米PCM通过超声分散法将0.3 wt% GO均匀嵌入芒硝基质，显著提升其导热系数至传统PCM的2.8倍。

能量方程

基于稳态假设建立热力学模型，关键参数包括：

• 蒸发传热系数h_ew=16.273×10^-3P_w(T_w-T_g)

• 相变潜热Q_PCM = m_PCMΔH_fusion

  GO的加入使PCM相变焓提升19.4%，有效延长夜间产水时长。

结果讨论

案例4在日间辐射量5.8 kWh/m²条件下表现最优：

• 日产水量达2751 ml（相当于7.86 L/m²）

• 能量/?效率分别为43.06%和2.47%

• 经济分析显示其淡水成本较案例1降低58.3%

结论

GO-芒硝纳米PCM通过三重协同效应：

1）纳米级热导网络加速相变

2）芒硝的高潜热(254 kJ/kg)储能

3）GO抑制相分离

为分布式海水淡化系统提供了兼具高性能与低成本的解决方案。