Improving solar water harvesting via airflow restructuring using 3D vapor generator

气流 重组 发电机(电路理论) 环境科学 材料科学 气象学 机械工程 工程类 业务 物理 热力学 功率(物理) 财务
作者
Shan He,Zhanyu Ye,Jie Yu,R.Z. Wang,Zhenyuan Xu
标识
DOI:10.1016/j.device.2023.100065
摘要

Solar interfacial evaporation offers a promising solution to the global water crisis. 3D vapor generators (3DVGs) have shown advancements in evaporation rates and efficiency, yet the mechanisms behind this enhancement remain enigmatic. To elucidate these mechanisms, we develop a scalable origami-inspired 3DVG with double-sided peak-valley structures that exhibits a 43.2% improvement over conventional plane evaporators. Our comprehensive heat and mass transfer studies reveal that the enhancement is not solely caused by the well-established dark evaporation increase but also by airflow restructuring, which reduces vapor diffusion resistance and facilitates thermal energy redistribution. Moreover, in practical scenarios considering the sun position, the 3DVG exhibits a remarkable 31.9% enhancement in outdoor solar energy harvesting. In multiple 5-day-long outdoor experiments under varying conditions, our device produced water ranging from 1.088 to 8.863 kg m−2 day−1. These discoveries shed light on the fundamental mechanisms governing 3D evaporation enhancement and hold promising implications for practical solar desalination devices.
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