液體除濕空調(diào)除濕器性能的實(shí)驗(yàn)研究

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 柳建華鄔志敏丁育紅顧衛(wèi)國(guó)

  摘要：本文以實(shí)際液體除濕空調(diào)系統(tǒng)為對(duì)象，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，改變系統(tǒng)中除濕器入口空氣及溶液的參數(shù)，得出空氣出口溫、濕度隨之變化的狀況。并與理論模擬計(jì)算值比較，獲得實(shí)驗(yàn)值和理論值有相同的變化趨勢(shì)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。由此得出在諸多的入口參數(shù)中，溶液的溫度和流量的變化對(duì)空氣出口溫、濕度影響較大，空氣的出口溫度實(shí)驗(yàn)值偏小于理論值，空氣的出口濕度實(shí)驗(yàn)值偏大于理論值。這將對(duì)液體除濕空調(diào)系統(tǒng)的性能分析和設(shè)計(jì)提供幫助。   關(guān)鍵詞：液體除濕空調(diào)系統(tǒng)除濕器實(shí)驗(yàn)性能分析   液體除濕空調(diào)系統(tǒng)對(duì)驅(qū)動(dòng)熱源的要求較低，一般的工業(yè)余熱、廢熱以及地?zé)?、太?yáng)能能可再生的低品位能源均可利用，應(yīng)用研究具有廣闊的前景。除濕器是液體除濕空調(diào)系統(tǒng)的核心裝置，常用的有“絕熱型除濕器”和“內(nèi)冷式除濕器”兩種。對(duì)除濕器的數(shù)學(xué)分析，R.E.Treybalt用“微元控制體模型”方法，將絕熱型除濕器沿高度方向劃分為微元控制體，在穩(wěn)定除濕狀態(tài)下，推導(dǎo)出傳熱傳質(zhì)的控制微分方程[1]，H.M.Factor、G.Grossman、P.Gandhidasan等人在數(shù)值算法上作了一些改進(jìn)，使其能夠較好地求解發(fā)生在絕熱型除濕器中的傳熱傳質(zhì)過程[2][3][4]。由于除濕過程是放熱過程，為了提高除濕效率，除濕過程需進(jìn)行冷卻，使除濕溶液保持較低的蒸氣壓力，即采用內(nèi)冷式除濕器，該技術(shù)也有眾多學(xué)者進(jìn)行了研究，認(rèn)為除濕器內(nèi)除濕溶液以降膜的形式與被處理空氣接觸，進(jìn)行傳熱傳質(zhì)[5][6][7]。實(shí)際上，除濕器內(nèi)的傳熱傳質(zhì)過程是一個(gè)很復(fù)雜的過程，除濕的性能受多因素的影響，而在數(shù)值的模擬過程中，往往忽略了這些影響的因素。因此，除濕器的實(shí)際效果和理論模擬會(huì)有一定的差異。隨著液體除濕空調(diào)趨于實(shí)用，分析實(shí)際運(yùn)行和理論計(jì)算間工作參數(shù)的差異，對(duì)今后的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行調(diào)整會(huì)有幫助。本文就除濕空調(diào)系統(tǒng)中的除濕器的性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并將測(cè)定的數(shù)據(jù)與理論計(jì)算值進(jìn)行比較。1除濕器的數(shù)學(xué)模型除濕器的數(shù)學(xué)模型，通常采用雙膜理論進(jìn)行分析。本系統(tǒng)采用的裝置為絕熱型填料塔除濕器，溶液從填料上方噴淋，空氣從填料下方進(jìn)入，兩者在填料間進(jìn)行逆向流動(dòng)的傳熱傳質(zhì)，傳熱傳質(zhì)簡(jiǎn)化模型如圖1所示。   圖1除濕塔傳熱傳質(zhì)模型示意圖對(duì)于除濕器傳熱傳質(zhì)存在如下的關(guān)聯(lián)式：空氣在各截面上的濕度變化：（1）空氣在各截面的溫度變化：（2）溶液在各截面上的溫度變化：（3）   圖2液體除濕空調(diào)實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)示意溶液在各截面的濃度變化：（4）式中Fa——空氣的傳質(zhì)系數(shù)；Y——空氣含濕量，g/kgDA；A——表面換熱系數(shù)，kW/m2℃；m——質(zhì)量流量，kg/s；t——溫度，℃；H——焓值，kJ/kg；——導(dǎo)熱系數(shù)，kW/m℃；C——比容，kJ/kg℃；——溶液濃度。2液體除濕空調(diào)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及除濕器試驗(yàn)方法空氣除濕空調(diào)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由除濕器、再生器、加濕器和溶液冷卻器等主體部件構(gòu)成。各設(shè)備按溶液與空氣流程依次布置，如圖2所示。其中除濕器結(jié)構(gòu)形式為無冷卻逆流式填料塔。填料塔直徑為0.3m，填料的比表面積350m2/m3；填料的平均當(dāng)量直徑為0.01m；填料高度1.0m。液體除濕劑采用LiCl溶液。除濕器的實(shí)驗(yàn)研究主要是在空氣與溶液的流量穩(wěn)定時(shí)，調(diào)節(jié)空氣與溶液的入口工況，研究其出口參數(shù)——空氣的出口溫度與濕度和理論模擬值的接近程度和變化趨勢(shì)。本實(shí)驗(yàn)為了實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有可比性，各工況參數(shù)設(shè)有參照值，具體各值為：1環(huán)境溫度35℃，大氣壓力1.01×105Pa；2溶液的入口濃度40%，溶液的入口溫度30℃，溶液的入口流量920L/h；3空氣的入口溫度35℃，空氣的入口濕度20g/kgDA，空氣的入口流量390m3/h；實(shí)驗(yàn)的主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是，分別改變?nèi)芤喝肟诘臏囟?、濃度和流量，以及被處理空氣的入口溫度和濕度條件下，觀察除濕器出口空氣的溫、濕度變化，并和理論值進(jìn)行比較。3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果經(jīng)過整理，填料塔除濕器當(dāng)某一參數(shù)改變時(shí)，被處理空氣的溫、濕度的變化趨勢(shì)與模型計(jì)算值的比較見圖3至圖7。由圖3～圖7所示可見，實(shí)際結(jié)果同模型計(jì)算結(jié)果有著相同的變化趨勢(shì)，實(shí)驗(yàn)值和理論值吻合較好。從圖線的變化趨勢(shì)看，除濕器的工作過程有以下特點(diǎn)：   圖3不同溶液入口溫度下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果   圖4不同溶液濃度下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果   圖5不同溶液入口流量下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果   圖6不同空氣入口溫度下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果   圖7不同空氣入口濕度下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果a．空氣除濕后的出口溫度在各工況下都同溶液的入口溫度非常接近，除濕后空氣的濕度也與溶液的溫度成正比例關(guān)系，這說明在實(shí)際運(yùn)行中被除濕處理空氣的出口狀態(tài)受溶液入口溫度的影響具有決定性，保持在除濕過程中溶液的溫度將有利于空氣的除濕效果；b．在溶液流量比較小時(shí)，空氣出口溫度與濕度明顯升高，一是因?yàn)槿芤毫髁窟^小，不能保證填料充分潤(rùn)濕，傳熱傳質(zhì)面積減小，除濕性能下降；二是溶液流量過小，溶液熱容量減小，溶液吸濕時(shí)產(chǎn)生的潛熱使溶液的溫度上升，降低了除濕劑的吸濕能力。在本文所研究的實(shí)驗(yàn)條件下，如圖5所示，溶液流量為700L/h時(shí)，是除濕性能顯著改變的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。由此可見，除濕器要有良好的吸濕性能，一定要有合適的溶液流量，或者說要有合適的空氣溶液流量比；c．溶液的入口濃度對(duì)空氣溫度變化不大，而影響著空氣出口的濕度，空氣的出口濕度影響著把空氣絕熱加濕后可達(dá)的空氣狀態(tài)。當(dāng)空調(diào)送風(fēng)溫度為25℃時(shí)，溶液的濃度可以在32%，當(dāng)送風(fēng)溫度要求為20℃時(shí)，溶液的濃度必須提高到40%。d．進(jìn)口空氣所處的熱力狀態(tài)對(duì)空氣出口參數(shù)的影響較小。4結(jié)論a．實(shí)驗(yàn)值和理論值有相同的變化趨勢(shì)，雙膜理論用于除濕塔熱力分析可行。b．在除濕過程中，，溶液的入口參數(shù)對(duì)處理后空氣溫、濕度的影響大于空氣的入口參數(shù)。c．實(shí)驗(yàn)值和理論值之間存在偏差，空氣的出口溫度實(shí)驗(yàn)值偏小于理論值，空氣的出口濕度實(shí)驗(yàn)值偏大于理論值。參考文獻(xiàn)1.R.E.Treybal.Adiabaticgasabsorptionandstrippinginpackedtowers.IndustrialandEngineeringChemistry.1969:61～68.2.H.M.FactorandGershonGrossman.Apackedbeddehumidifier/regeneratorforsolarairconditioningwithliquiddesiccants.SolarEnergy,1980:541-550.3.P.Oandhidasan,C.F.KettleboroughandM.RifatUllah.Calculationofheatandmasstransfercoefficientsinapackedtoweroperatingwithadesiccant-aircontactsystem.SolarEnergyEngineering,ASME,1986:123-127.4.P.Gandhidasan,U.RifatUllahandC.F.Kettleborough.Analysisofheatandmasstransferbetweenadesiccant-airsysteminapackettower.JournalofSolarEnergyEngineering,1978:89-93.5.H.L.Goff,A.Ramadance.Modelingthecoupledheatandmasstransferinafallingfilm.HeatTransfer.1986:1971-1976.6.A.I.Zografos,C.Petroff.Aliquiddesiccantdehumidifierperformancemodel.TransactionsofASHRAE.1991:650-656.7.G.Gmssman.Analysisofdiffusion-thermoeffectsinfilmabsorption.HeatTransfer.1986:1977-1982.