鹽水處理濕空氣熱質交換模型

1、鹽水噴淋處理濕空氣的通用熱質交換計算模型劉曉華 024068陳曉陽 024072主要內容1 引言引言2 順流熱質交換模型順流熱質交換模型3 逆流熱質交換模型逆流熱質交換模型4 叉流熱質交換模型叉流熱質交換模型5 模型比較及影響因素分析模型比較及影響因素分析6 總結總結7 待進一步完善的工作待進一步完善的工作引 言問題的提出問題的提出溶液和濕空氣熱質交換的特殊性：溶液和濕空氣熱質交換的特殊性：由于吸放濕作用，溶液的質量和濃度均發(fā)生變化由于吸放濕作用，溶液的質量和濃度均發(fā)生變化溶液與符合拉烏爾定律的理想溶液有很大負偏差，表溶液與符合拉烏爾定律的理想溶液有很大負偏差，表面蒸汽壓遠低于同溫度下水的飽和

2、蒸汽壓面蒸汽壓遠低于同溫度下水的飽和蒸汽壓熱質交換過程中，會有吸附熱的吸收與釋放，吸附熱熱質交換過程中，會有吸附熱的吸收與釋放，吸附熱大于水蒸汽的凝結熱大于水蒸汽的凝結熱引引 言言目前的計算模型目前的計算模型細致模型是從控制熱質交換過程的微分方程出發(fā)，對細致模型是從控制熱質交換過程的微分方程出發(fā)，對方程進行離散，通過數(shù)值計算的方法求解。簡單模型方程進行離散，通過數(shù)值計算的方法求解。簡單模型無法給出熱質交換過程中各狀態(tài)參數(shù)的沿程變化情況，無法給出熱質交換過程中各狀態(tài)參數(shù)的沿程變化情況，但簡單模型計算量小。目前還沒有文獻涉及對填料塔但簡單模型計算量小。目前還沒有文獻涉及對填料塔中同時進行的熱質交換

3、過程的解析解。中同時進行的熱質交換過程的解析解。實驗研究：僅限于濕空氣和除濕溶液的進出口參數(shù)，實驗研究：僅限于濕空氣和除濕溶液的進出口參數(shù)，沒有涉及熱質交換過程中各狀態(tài)參數(shù)的沿程變化情況。沒有涉及熱質交換過程中各狀態(tài)參數(shù)的沿程變化情況。有關熱質交換界面的等效參數(shù)問題有關熱質交換界面的等效參數(shù)問題引引 言言所要解決的問題及其解決思路所要解決的問題及其解決思路熱質交換模型熱質交換模型順流、逆流：通過合理的簡化假設求出了熱質交換順流、逆流：通過合理的簡化假設求出了熱質交換過程控制方程的解析解；過程控制方程的解析解；叉流：流動形式的復雜性，采用數(shù)值求解；叉流：流動形式的復雜性，采用數(shù)值求解；三種形式熱

4、質交換設備的比較三種形式熱質交換設備的比較設備性能隨進口參數(shù)的變化情況設備性能隨進口參數(shù)的變化情況順流熱質交換模型順流熱質交換模型 順流熱質交換模型順流熱質交換模型簡化假設簡化假設 溶液濃度基本不變，焓值為溫度的單值函數(shù)溶液濃度基本不變，焓值為溫度的單值函數(shù) Le數(shù)近似等于數(shù)近似等于1 熱質交換界面等效濕空氣的比熱為常數(shù)熱質交換界面等效濕空氣的比熱為常數(shù)Lewis數(shù)數(shù)熱質交換單元數(shù)熱質交換單元數(shù)熱容量比熱容量比mpdchhLe,admaALhNTUzpinzeacmCmm,*順流熱質交換模型順流熱質交換模型LymNTUinaeTeTinaeTehhmmmhhmhinzinzz)1*(,1*1*

5、0,CTChzeeTzLymNTUinaeTeTinaaehhmmhhmhinzinz)1*(,1*11*LyNTUyLyNTUeTinaaedyeyLNTUz0,)(順流熱質交換模型順流熱質交換模型定義熱質交換效率：定義熱質交換效率：順流熱質交換順流熱質交換 NTU關系式：關系式：inaeTinaoutahhhhinz,*11*)1 (memNTU順流熱質交換模型順流熱質交換模型假設一：假設一：除濕過程中，除濕過程中，忽略除濕溶液側的流量忽略除濕溶液側的流量變化，除濕溶液的焓值變化，除濕溶液的焓值僅是溫度的單值函數(shù)僅是溫度的單值函數(shù) 0.480.4850.490.4950.501234567

6、8910濕空氣含濕量變化 (g/kgair)溶液出口濃度 (進口50%)R=0.25R=0.5R=1R=20.5750.580.5850.590.5950.6012345678910濕空氣含濕量變化 (g/kgair)溶液出口濃度 (進口60%)R=0.25R=0.5R=1R=2順流熱質交換模型順流熱質交換模型假設二：認為在濕空氣和除濕溶液的熱質交換假設二：認為在濕空氣和除濕溶液的熱質交換過程中過程中Le數(shù)恒等于數(shù)恒等于1 Merkel分析表明，可以認為在熱質交換過程分析表明，可以認為在熱質交換過程中，中，Le數(shù)可以認為等于常數(shù)。在冷卻塔內濕空數(shù)可以認為等于常數(shù)。在冷卻塔內濕空氣和水的熱質交換

7、系數(shù)近似等于氣和水的熱質交換系數(shù)近似等于1。Stevens等等人得到人得到Le等于等于1.2時，可以很好的吻合實驗數(shù)時，可以很好的吻合實驗數(shù)據(jù)。除濕過程的據(jù)。除濕過程的Le數(shù)究竟應該等于多少，還是數(shù)究竟應該等于多少，還是需要進一步分析和探討，但需要進一步分析和探討，但Le數(shù)應該和數(shù)應該和1相差相差不大。不大。 順流熱質交換模型順流熱質交換模型假設三：認為濕空氣和溶液的熱質交換界面相假設三：認為濕空氣和溶液的熱質交換界面相應的等效濕空氣比熱容在整個熱質交換過程中應的等效濕空氣比熱容在整個熱質交換過程中為常數(shù)為常數(shù) 順流熱質交換模型順流熱質交換模型基本參數(shù)設置基本參數(shù)設置除濕器的尺寸為除濕器的尺寸

8、為1m1m1m濕空氣的進口參數(shù)為濕空氣的進口參數(shù)為32，18g/kg除濕溶液為除濕溶液為50%質量濃度的溴化鋰溶液，溶液質量濃度的溴化鋰溶液，溶液進口溫度為進口溫度為35濕空氣和溶液的進口流量均為濕空氣和溶液的進口流量均為2 kg/s m2NTU等于等于2.5 順流熱質交換模型順流熱質交換模型順流熱質交換模型順流熱質交換模型含濕量解析解含濕量解析解求解公式求解公式積分結果積分結果簡化結果簡化結果30323436384000.20.40.60.81y (m)空氣溫度 ()積分解簡化解0.0120.0140.0160.01800.20.40.60.81y (m)含濕量 (kg/kg)積分解簡化解d

9、yyLNTUdyLNTUdeTaaz)(,LyNTUyLyNTUeTinaaedyeyLNTUz0,)(LyNTUeTinaeTaezz,LeTeTdyLzz0,1順流熱質交換模型順流熱質交換模型通用性分析通用性分析a單位體積內填料和溶液的接觸面積單位體積內填料和溶液的接觸面積主要和填料的形式有關，由填料的本身的結構決定，主要和填料的形式有關，由填料的本身的結構決定，近似估算：近似估算：hd單位時間內通過單位面積的水蒸氣量單位時間內通過單位面積的水蒸氣量 是填料形式、風量、溶液流量以及溶液性質的復雜是填料形式、風量、溶液流量以及溶液性質的復雜函數(shù)，需要由實驗確定。函數(shù)，需要由實驗確定。當運行工

10、況穩(wěn)定時，為常數(shù)。當運行工況穩(wěn)定時，為常數(shù)。 溶液性質溶液性質溶液表面蒸汽壓與溫度和濃度的變化關系溶液表面蒸汽壓與溫度和濃度的變化關系當溶液無限稀時，相當于濕空氣和水進行熱質交換當溶液無限稀時，相當于濕空氣和水進行熱質交換pnLGma)/808(5 . 0逆流熱質交換模型逆流熱質交換模型逆流熱質交換模型逆流熱質交換模型解析解解析解LyLmNTUinaeTeTinaeTehhmmmhhmhoutzoutzz)1*(,1*1*LyLmNTUinaeTeTinaaehhmmhhmhoutzoutz)1*(,1*11*LLyNTUyLLyLNTUeTinaaedyeyLNTUz)()(,)(*)1 (

11、*)1 (*11mNTUmNTUemeLLyNTUeTinaeTaezz)(,逆流熱質交換模型逆流熱質交換模型數(shù)值解與解析解比較數(shù)值解與解析解比較逆流熱質交換模型逆流熱質交換模型含濕量解析解含濕量解析解積分結果積分結果簡化結果簡化結果LLyNTUyLLyLNTUeTinaaedyeyLNTUz)()(,)(LLyNTUeTinaeTaezz)(,叉流熱質交換模型叉流熱質交換模型xyLxLy除濕溶液濕空氣叉流叉流計算結果計算結果濕空氣焓值 濕空氣含濕量濕空氣溫度溶液溫度溶液濃度叉流熱質交換模型叉流熱質交換模型模型比較及影響因素分析模型比較及影響因素分析評價指標評價指標全熱交換效率全熱交換效率 濕

12、交換效率濕交換效率 inaeTinaoutahhhhinz,eTinaoutainawinz,模型比較及影響因素分析模型比較及影響因素分析基本進口參數(shù)基本進口參數(shù)濕空氣和溶液的質量流量均為濕空氣和溶液的質量流量均為2kg/s m2濕空氣：溫度濕空氣：溫度32，含濕量，含濕量18g/kg溶液：溫度溶液：溫度25，質量濃度，質量濃度50%，使用，使用溴化鋰溶液溴化鋰溶液 (a) 流量比的影響流量比的影響solution to air mass flowrate ratiosolution to air mass flowrate ratio(b) NTU的影響的影響NTUNTU(c) 空氣進口含濕

13、量空氣進口含濕量inlet humidity ratio (g/kg)inlet humidity ratio (g/kg)(d) 空氣進口溫度空氣進口溫度inlet humid air temperatureinlet humid air temperature(e) 溶液進口溫度溶液進口溫度inlet solution temperature ()inlet solution temperature ()(f) 溶液進口濃度溶液進口濃度inlet solution concentration (%)inlet solution concentration (%)模型比較及影響因素分析模型比

14、較及影響因素分析逆流除濕器最優(yōu)，叉流次之，順流最差逆流除濕器最優(yōu)，叉流次之，順流最差全熱交換效率全熱交換效率 濕交換效率濕交換效率 流量比流量比增大增大增大增大增大增大NTU增大增大增大，但增幅減小增大，但增幅減小增大，但增幅減小增大，但增幅減小空氣進口含濕量空氣進口含濕量增大增大基本不變基本不變叉流基本不變，順叉流基本不變，順流、逆流增大流、逆流增大空氣進口溫度空氣進口溫度增大增大基本不變基本不變降低降低溶液進口溫度溶液進口溫度增大增大降低降低降低降低溶液濃度溶液濃度增大增大增大增大增大增大總總 結結 順流和逆流：順流和逆流： 簡化假設，導出解析解簡化假設，導出解析解 數(shù)值求解與解析解比較數(shù)

15、值求解與解析解比較 a) 除濕過程：解析解除濕過程：解析解 b) 再生過程：數(shù)值計算再生過程：數(shù)值計算叉流：數(shù)值求解叉流：數(shù)值求解總總 結結確定熱質交換設備評價指標確定熱質交換設備評價指標分析各因素對不同形式熱質交換設備效分析各因素對不同形式熱質交換設備效率的影響。率的影響。在相同的參數(shù)設置下對順流、逆流和叉在相同的參數(shù)設置下對順流、逆流和叉流三種接觸方式進行了比較。由結果看流三種接觸方式進行了比較。由結果看出，一般情況下逆流接觸的熱質交換效出，一般情況下逆流接觸的熱質交換效果最好，叉流次之，順流最差，與顯熱果最好，叉流次之，順流最差，與顯熱換熱器相似。換熱器相似。 待進一步完善的工作待進一步

16、完善的工作 與實驗結果對比驗證：與實驗結果對比驗證：與其它文獻進行對比，更主要還是與本實與其它文獻進行對比，更主要還是與本實驗室的測試結果進行對比分析，用已有的解驗室的測試結果進行對比分析，用已有的解析或數(shù)值計算的結果指導實驗的進行，再用析或數(shù)值計算的結果指導實驗的進行，再用實驗的結果對模型進行修正和完善實驗的結果對模型進行修正和完善 參考文獻張寅平，朱穎心，江億. 水空氣處理系統(tǒng)全熱交換模型和性能分析. 清華大學學報,1999, 39(10)Stanley Middleman. An introduction to mass and heat transfer. University of

17、California San Diego. New York: John Wiley & Sons, Inc, 1998.Factor, H.M., and G. Grossman. 1980. A packed bed dehumidifier/regenerator for solar air conditioning with liquid desiccants. Solar Energy 24: 541-550Khan, A. Development of a generalized model for performance evaluation of packed-type liq

18、uid sorbent dehumidifiers and regenerators. ASHRAE Transaction. 1992. 98(1). 523-533參考文獻Khan, A. Development of a mathematical model and computer simulation to predict the annual energy consumption of coil-type liquid desiccant systems. ASHRAE Transaction. 1992. 98(1). 534-541Lazzarin, R.M.; Gasparella, A.; Longo, G.A. Chemical dehumidification by liquid desiccants: theory and experiment. International Journal of Refrigeration