[00142130]用于液体除湿的内冷型膜除湿器传热传质机理研究

1. 课题来源与背景： 课题来源：广东省自然科学基金项目;项目名称：用于液体除湿的内冷型膜除湿器传热传质机理研究（项目编号：2017A030313327）。 课题背景：空气除湿方法包括冷却除湿、电化学除湿、干燥剂除湿等。其中,由于液体除湿方法相比其他几种方法具有无液态水凝结、除湿与再生空气分离、易利用低品位能源等优点,液体除湿技术得到了迅速的发展。传统液体除湿系统中的除湿器和再生器通常使用填料塔。空气和溶液在填料塔内直接接触,除湿剂极容易被空气夹带。假如将具有盐溶液等吸湿剂液滴的空气送入室内,这将给人体的健康带来较大伤害,并且会腐蚀家具等室内装饰物。因此,寻求一种新的液体除湿方式彻底解决除湿剂液滴夹带的问题已迫在眉睫。为了解决这个问题,最近有少数学者把目光转向了间接接触式液体除湿。选择性透过膜被用来实现这种液体除湿方式,空气和除湿溶液被膜隔离。该膜具有选择透过性,只允许水蒸气的透过,而阻止其他气体和液体的渗透。湿空气和除湿溶液被选择性透过膜隔离,只允许水蒸气的透过,而阻止其他气体和液体的渗透,在根本上解决了液滴夹带的问题,因此膜接触器液体除湿是一种环保型空气除湿技术。 2. 研究目的与意义： 相比于绝热型膜除湿器,内冷型膜除湿器液体除湿过程中存在不同的传热传质特性：（1）在内冷型膜除湿器中,除湿溶液吸收水蒸气而释放出来的潜热通过塑料板传递给降膜水,然后被室外空气流带走。这一过程中湿空气流、膜、除湿溶液流、塑料板、降膜水以及室外空气流相互耦合,不同于绝热型膜除湿器中除湿溶液和湿空气在膜两侧表面耦合;（2）不仅膜表面边界条件为自然形成边界条件,而且塑料板以及降膜水与室外空气流接触面同样为自然形成边界条件,这是各流体之间耦合以及流固耦合的结果;（3）内冷型膜除湿器中除湿溶液始终保持较低温度和强吸湿性;（4）降膜水和室外空气流在内冷型膜接触器内直接接触,进行热湿交换,降膜水蒸发冷却。因此,需要通过科学的实验和数学模型模拟研究,揭示内冷型膜除湿器中流体、塑料板和膜之间的耦合传热传质机理,获得内冷型膜除湿器中的基本准则数,分析其传热传质类比规律,找出接触器结构、流体入口状态、膜材料特性、膜本体热湿传输特性、塑料板导热系数等参数对其性能的影响规律,对膜除湿器进行优化,提高膜接触器液体除湿技术的应用潜力。 3. 主要论点与论据： 构建了内冷管型的内冷型准逆流平板膜接触器、内冷管型六边形内冷型接触器以及间壁式内冷型膜接触器,建立了各流道中的流动与传热传质模型,获得了阻力系数、努塞尔数、舍伍德数等准则数,作为重要的基础数据。 提出了一种新型的内冷型平板膜液体除湿系统。该系统由内冷型平板膜除湿器、溶液再生模块和风冷冷水机组三部分组成。冷水机组同时为除湿器提供冷却水以及为再生器提供热风。本研究构建了系统数学模型,并分析了不同工况下的系统性能,包括除湿能力、能效比、除湿效率、冷却效率、单位制冷量、单位制热量等。室内外均可提供新风,体积流量为150 m3 h-1。环境空气冷却冷凝器后部分用于溶液再生。再生空气的体积流量为100 m3 h-1。冷水机出口水温设置为16℃,冷却水体积流量为300 L h-1,其中进入除湿器和除湿液箱的水量分别为150 L h-1。除湿器内溶液体积流量为150 L h-1。 4. 创见与创新： （1）建立了内冷型膜除湿器中流体流动与传热传质数学模型并求解,获得了耦合传热传质边界条件下的努塞尔数等准则数。这些基本数据能为以空气与除湿剂为工质的液体除湿膜接触器的设计提供重要的数据基础; （2）探究了膜材料微介观特性与物化性质对流场、温度场和浓度场发展的影响机理,研究了努塞尔数和舍伍德数之间的比值规律,可作为流道传热传质类比的一种有益补充; （3）分析了接触器结构、流体入口状态、膜材料特性、膜本体传输特性、塑料板导热系数等参数对其性能的影响规律,并找出了其关键因素,这将为用于液体除湿的内冷型膜除湿器及其系统性能优化提供有利的理论依据。 5. 社会经济效益,存在的问题： 基于该项目的理论研究成果,课题组目前已经研制出了膜式液体除湿样机,主要是基于东莞理工学院广东省分布式能源系统重点实验室的除湿、加湿、制热等膜操作理论技术,利用全球成熟的单元技术为单元模块,以客户易操作、易维护、易使用为导向,形成膜式液体除湿产品。产品使用寿命10年以上,研制200m3/h空气处理量的膜除湿样机,以空气除湿为主要功能的同时,兼顾空气加湿、生活用水制热等,形成除湿、加湿以及制热多功能模块,实现能源的高效利用。结合当下的互联网技术和电子智能控制技术,可以远程智能监控和维护。 6. 历年获奖情况： 无