溶液除濕系統(tǒng)除濕-再生過程及其熱質(zhì)耦合機(jī)理研究.pdf

1、溶液除濕空調(diào)在利用低品位熱能實(shí)現(xiàn)制冷/空調(diào)、提高室內(nèi)空氣品質(zhì)方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用前景。溶液除濕空調(diào)系統(tǒng)中兩個(gè)核心部件-除濕器和再生器中發(fā)生著溶液與空氣之間的耦合熱質(zhì)傳遞過程，如何科學(xué)地認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)溶液與空氣之間的傳熱傳質(zhì)過程是優(yōu)化運(yùn)行與優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是指導(dǎo)發(fā)展高性能除濕和再生裝置的前提。本文采用理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究方法探討了溶液與空氣熱、質(zhì)交換過程和熱質(zhì)耦合機(jī)理與特性，發(fā)展了新型的熱質(zhì)交換設(shè)備與溶液除濕空調(diào)系統(tǒng)，具體研究內(nèi)容與結(jié)

2、果如下：
　　 首先，定量地分析了采用傳統(tǒng)對(duì)數(shù)平均溫差與對(duì)數(shù)平均濕差來計(jì)算溶液與空氣之間的耦合傳熱傳質(zhì)系數(shù)存在的不足，提出了考慮沿程傳遞勢(shì)差分布的積分平均傳熱溫差和平均傳質(zhì)濕差作為實(shí)際平均傳遞勢(shì)差來獲取耦合熱質(zhì)傳遞過程的傳熱傳質(zhì)系數(shù)?；诔凉襁^程中溶液與空氣之間的傳熱傳質(zhì)特性提出了一種基于實(shí)驗(yàn)的計(jì)算耦合傳熱傳質(zhì)系數(shù)的新方法-hD-Le分離測(cè)量法。結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，獲得了動(dòng)力學(xué)因素（空氣流速）和非動(dòng)力學(xué)因素（空氣溫度和含濕量，溶液濃度

3、和溫度）對(duì)耦合傳熱傳質(zhì)系數(shù)的影響?；诟鲄?shù)對(duì)耦合傳熱傳質(zhì)系數(shù)的影響進(jìn)一步指出，在對(duì)溶液與空氣之間熱、質(zhì)交換建模時(shí)，需要同時(shí)考慮溶液與空氣之間的耦合傳熱傳質(zhì)勢(shì)差和耦合傳熱傳質(zhì)系數(shù)的變化。
　　 其次，將絕熱型再生過程根據(jù)驅(qū)動(dòng)熱量加載的不同分為溶液加熱再生過程和空氣加熱再生過程。對(duì)溶液加熱再生過程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，分析了運(yùn)行參數(shù)對(duì)再生過程傳熱傳質(zhì)系數(shù)的影響。以再生量和再生熱效率為性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，同時(shí)考慮再生過程再生能力與能源利用效率探

4、討了重要可調(diào)運(yùn)行參數(shù)如溶液溫度、流量和空氣流量對(duì)再生性能的影響。研究表明，溶液溫度的提高既有利于再生量的提高，同時(shí)也有利于再生熱效率的提高；空氣流量越大，再生過程再生熱效率逐漸減小，再生量存在最佳值；溶液側(cè)的充分熱回收對(duì)提高再生熱效率非常重要。空氣加熱再生盡管再生能力不如溶液加熱再生，但是對(duì)回收利用廢熱空氣卻很有效。為充分發(fā)揮空氣加熱再生過程的熱力性能，需滿足最低的入口溶液溫度要求，該溫度取決于空氣含濕量和溶液濃度。對(duì)于空氣加熱再生過程

5、，溶液流量越低，再生過程再生熱效率高。
　　 再次，為發(fā)展新型高效熱質(zhì)交換設(shè)備，搭建了內(nèi)冷除濕器與內(nèi)熱再生器實(shí)驗(yàn)臺(tái)，對(duì)內(nèi)冷除濕過程與絕熱除濕過程、內(nèi)熱再生過程與絕熱再生過程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究，結(jié)果表明帶有內(nèi)冷/熱源的除濕/再生過程性能顯著高于絕熱除濕/絕熱再生過程。并發(fā)展了對(duì)內(nèi)冷型除濕過程強(qiáng)化除濕機(jī)理的新認(rèn)識(shí)：內(nèi)冷型除濕過程的強(qiáng)化不僅僅是由于溫度更低的溶液具有更大的傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)勢(shì)，而且空氣與溫度更低的溶液之間具有更高的傳質(zhì)系數(shù)。

6、>　　 另外，鑒于內(nèi)熱型和絕熱型除濕/再生過程的傳質(zhì)性能差異主要是溶液溫度變化、分布不同引起，建立了考慮溶液溫度因子對(duì)傳質(zhì)系數(shù)的影響的內(nèi)冷/內(nèi)熱型除濕/再生過程數(shù)學(xué)模型，并利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證?；谠撃Ｐ?，研究了內(nèi)冷除濕過程和內(nèi)熱再生過程的參數(shù)分布特性。理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果研究表明，內(nèi)熱型再生過程與傳統(tǒng)絕熱型再生過程（填料型再生器）相比不僅僅具有更強(qiáng)的再生能力，而且具有更高的能源利用效率，即更高的再生熱效率。與絕熱再生過程不同，內(nèi)熱再生過

7、程在低溶液流量工況下仍然具有很高的再生量和再生熱效率，而低溶液流量能夠有效避免空氣對(duì)溶液液滴的攜帶問題，因此采用內(nèi)熱型再生器是發(fā)展“液滴零攜帶”的重要技術(shù)途徑。
　　 最后，以發(fā)展低品位熱能（如太陽能等）驅(qū)動(dòng)的制冷/空調(diào)系統(tǒng)為目標(biāo)，構(gòu)建了基于空氣調(diào)節(jié)原理的除濕蒸發(fā)冷卻直接送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，基于制冷原理的冷源供應(yīng)系統(tǒng)-溶液深度除濕蒸發(fā)冷凍冷水機(jī)組，以及基于溶液除濕通風(fēng)與輻射供冷的熱濕獨(dú)立處理空調(diào)系統(tǒng)。其中第三種系統(tǒng)是一種利用除濕除去房