溶液除濕系統(tǒng)除濕-再生過程及其熱質耦合機理研究.pdf

1、溶液除濕空調在利用低品位熱能實現(xiàn)制冷/空調、提高室內空氣品質方面具有獨特的優(yōu)勢與應用前景。溶液除濕空調系統(tǒng)中兩個核心部件-除濕器和再生器中發(fā)生著溶液與空氣之間的耦合熱質傳遞過程，如何科學地認識和評價溶液與空氣之間的傳熱傳質過程是優(yōu)化運行與優(yōu)化設計的基礎，也是指導發(fā)展高性能除濕和再生裝置的前提。本文采用理論與實驗相結合的研究方法探討了溶液與空氣熱、質交換過程和熱質耦合機理與特性，發(fā)展了新型的熱質交換設備與溶液除濕空調系統(tǒng)，具體研究內容與結

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

3、和溫度）對耦合傳熱傳質系數(shù)的影響。基于各參數(shù)對耦合傳熱傳質系數(shù)的影響進一步指出，在對溶液與空氣之間熱、質交換建模時，需要同時考慮溶液與空氣之間的耦合傳熱傳質勢差和耦合傳熱傳質系數(shù)的變化。
　　 其次，將絕熱型再生過程根據(jù)驅動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。對溶液加熱再生過程進行了實驗研究，分析了運行參數(shù)對再生過程傳熱傳質系數(shù)的影響。以再生量和再生熱效率為性能評價指標，同時考慮再生過程再生能力與能源利用效率探

4、討了重要可調運行參數(shù)如溶液溫度、流量和空氣流量對再生性能的影響。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；溶液側的充分熱回收對提高再生熱效率非常重要?？諝饧訜嵩偕M管再生能力不如溶液加熱再生，但是對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)展新型高效熱質交換設備，搭建了內冷除濕器與內熱再生器實驗臺，對內冷除濕過程與絕熱除濕過程、內熱再生過程與絕熱再生過程進行實驗對比研究，結果表明帶有內冷/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)展了對內冷型除濕過程強化除濕機理的新認識：內冷型除濕過程的強化不僅僅是由于溫度更低的溶液具有更大的傳質驅動勢，而且空氣與溫度更低的溶液之間具有更高的傳質系數(shù)。

6、>　　 另外，鑒于內熱型和絕熱型除濕/再生過程的傳質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傳質系數(shù)的影響的內冷/內熱型除濕/再生過程數(shù)學模型，并利用實驗數(shù)據(jù)進行了驗證?；谠撃Ｐ停芯苛藘壤涑凉襁^程和內熱再生過程的參數(shù)分布特性。理論與實驗結果研究表明，內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溶液液滴的攜帶問題，因此采用內熱型再生器是發(fā)展“液滴零攜帶”的重要技術途徑。
　　 最后，以發(fā)展低品位熱能（如太陽能等）驅動的制冷/空調系統(tǒng)為目標，構建了基于空氣調節(jié)原理的除濕蒸發(fā)冷卻直接送風空調系統(tǒng)，基于制冷原理的冷源供應系統(tǒng)-溶液深度除濕蒸發(fā)冷凍冷水機組，以及基于溶液除濕通風與輻射供冷的熱濕獨立處理空調系統(tǒng)。其中第三種系統(tǒng)是一種利用除濕除去房