军舰远赴大洋是一次性带足所有淡水,还是在海上想办法?

出品:科普中国

制作:寒木钓萌

监制:中国科学院计算机网络信息中心

已服役的美国朱姆沃尔特级驱逐舰,图片来自美国海军。

各种驱逐舰还有核潜艇,它们的体型虽然都很大,但动辄十几亿美元以上的造价,想来也是寸土寸金。如果远赴大洋或长时间潜行深海前,都自带足够的淡水,那各型武器就没地方安置了。

另一个原因是,对航程较远、连续航行时间较长的远洋舰船来说,如果携带过多淡水,则淡水会因存储时间过长而导致细菌污染变质。

因此,军舰、潜艇和航母都自带海水淡化装置,这是必备的。

船上的救生艇,图片来自Gary Glauberman

海水淡化并没有很多人想得那么复杂,举一个例子,美国军舰上的救生筏都自带海水淡化装置。现在,咱们来了解一下海水淡化的几种方式。

真空的方式

不少人认为,舰艇上的海水淡化不难,无非就是用油换水,因为海水淡化属于高能耗。

淡化海水是需要能源,但其实,并没有我们想得那么夸张。

原因如下,舰艇上的柴油发动机会源源不断产生大量的余热,这些热是有害的,需要时刻进行冷却,既然如此,就可以使用发动机的余热来加热海水,一举两得。

而加热海水让其沸腾,并非我们想象的需要加热到100摄氏度,因为在93%的真空度下,海水在38.7摄氏度时就沸腾了。

因此,舰船上海水淡化,其过程是这样的。将海水抽上船,让发动机的余热加热到高于38.7摄氏度,接着将热海水送到真空室,海水沸腾并迅速蒸发,将蒸汽冷却,便得到了淡水。

此过程中,加热海水并没有消耗燃油,因为它是使用发动机的废热,它主要的耗能体现在那个抽真空的过程中。

使用真空淡化海水分为两种方式,一是真空沸腾式,其主要过程如前面所言。二是多级闪蒸式。

多级闪蒸,其过程就是将热海水连续喷入一个又一个接近真空的闪蒸室,热海水瞬间汽化,将蒸汽冷却得到淡水。

根据国际海水淡化协会的统计,截止2015年6月,利用各种海水淡化技术,全球每天有8680万吨淡水被生产出来。而这其中,有很大一部分是利用多级闪蒸淡化出来的。

反渗透式

把新鲜萝卜放在浓盐水里,不久,萝卜会因为自身盐浓度低而外界盐浓度高而失水,这让其外形变得干瘪,此过程叫做渗透。

反渗透就是渗透的逆过程。不同的是,反渗透需要能量。

如上图,右边是纯水,而左边是海水,那么纯水会通过中间的膜,自然渗透到左边的海水里,此过程是自发进行的,不需要能源。

如果想要把过程反过来,就需要注入能量。如上图是在海边这边持续加压,海水中的水分子会不断地被挤入右边,这就是反渗透的过程。

反渗透广泛地应用于海水淡化和污水净化等方面,其优点是能量消耗较低,因为整个过程中不涉及到加热。近年来,反渗透淡化海水的技术,其能源消耗已经下降到每消耗3度电,得到1吨淡水左右。

除了淡化海水,现如今很多家庭使用的自来水净化装置也是利用反渗透的工作原理。

以上,咱们总的说了海水淡化的两种方式,“真空式”和“反渗透式”,但其实,海水淡化的方法可谓是琳琅满目,不下10种。而比较另类的,是“冷冻”的方式,海水结冰后,盐会从冰里面分离出来。只不过,“冷冻”的方式耗能大,且得到的淡水不是那么的“淡”,也就是质量不佳。

最优质的海水淡化能把海水中绝大多数的矿物质都消除,这样的淡水喝起来会因为没有矿物而显得淡而无味,若想要增加口感的话,需要在里面添加相应的矿物质。

潜艇上的海水淡化

现在,我国的潜艇都有海水淡化装置。但这只是现在,若回到二十多年前,情况则大不一样。

这也可以理解,那时的中国,首要的任务是有没有潜艇,有没有核潜艇,以及有没有潜射导弹,而潜艇官兵们有没有漱口的水,洗澡的水,那时还不属于最紧迫的任务。

根据央广军事对一些潜艇老兵的采访,我们得知,早期我国潜艇上没有海水淡化装置。长时间潜航时,潜艇兵们每天早晨只能拿着小茶缸去分水,那就是一天喝的水。如果想“洗澡”了,潜艇兵会用小水壶去接空调运转时产生的冷凝水,一滴再一滴,接满一壶后,五六个人分着“洗”——也就拿毛巾沾水擦一下身体而已。

而有了海水淡化装置后,现在的潜艇兵们每周都可以洗一次澡,当然这得在敌情不紧张的时候。

从这方面来说,海水淡化对于我们的意义,也许没什么。但对于广大的潜艇官兵来说,就是天上和地下的区别了!

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  • 发表于 2017-10-19 00:00
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