液体除湿空调系统对驱动热源的要求较低,一般的工业余热、废热以及地热、太阳能能可再生的低品位能源均可利用,应用研究具有广阔的前景。
除湿器是液体除湿空调系统的核心装置,常用的有“绝热型除湿器” 和“内冷式除湿器”两种。对除湿器的数学分析,R.E.Treybalt用“微元控制体模型”方法,将绝热型除湿器沿高度方向划分为微元控制体,在稳定除湿状态下,推导出传热传质的控制微分方程[1],H.M.Factor、G.Grossman、P.Gandhidasan等人在数值算法上作了一些改进,使其能够较好地求解发生在绝热型除湿器中的传热传质过程[2] [3] [4]。由于除湿过程是放热过程,为了提高除湿效率,除湿过程需进行冷却,使除湿溶液保持较低的蒸气压力,即采用内冷式除湿器,该技术也有众多学者进行了研究,认为除湿器内除湿溶液以降膜的形式与被处理空气接触,进行传热传质[5][6][7]。实际上,除湿器内的传热传质过程是一个很复杂的过程,除湿的性能受多因素的影响,而在数值的模拟过程中,往往忽略了这些影响的因素。因此,除湿器的实际效果和理论模拟会有一定的差异。随着液体除湿空调趋于实用,分析实际运行和理论计算间工作参数的差异,对今后的系统设计和运行调整会有帮助。本文就除湿空调系统中的除湿器的性能进行实验,并将测定的数据与理论计算值进行比较。
1 除湿器的数学模型
除湿器的数学模型,通常采用双膜理论进行分析。本系统采用的装置为绝热型填料塔除湿器,溶液从填料上方喷淋,空气从填料下方进入,两者在填料间进行逆向流动的传热传质,传热传质简化模型如图1所示。
2 液体除湿空调实验系统及除湿器试验方法
空气除湿空调实验系统由除湿器、再生器、加湿器和溶液冷却器等主体部件构成。各设备按溶液与空气流程依次布置,如图2所示。其中除湿器结构形式为无冷却逆流式填料塔。填料塔直径为0.3m,填料的比表面积350 m2/m3;填料的平均当量直径为0.01 m;填料高度1.0 m。液体除湿剂采用LiCl溶液。
除湿器的实验研究主要是在空气与溶液的流量稳定时,调节空气与溶液的入口工况,研究其出口参数——空气的出口温度与湿度和理论模拟值的接近程度和变化趋势。本实验为了实验结果具有可比性,各工况参数设有参照值,具体各值为:
1 环境温度35 ℃,大气压力1.01×105 Pa;
2 溶液的入口浓度40 %,溶液的入口温度30℃,溶液的入口流量920 L/h;
3 空气的入口温度35 ℃,空气的入口湿度20g/kgDA,空气的入口流量390 m3/h;
实验的主要实验内容是,分别改变溶液入口的温度、浓度和流量,以及被处理空气的入口温度和湿度条件下,观察除湿器出口空气的温、湿度变化,并和理论值进行比较。
3 实验结果及讨论
实验结果经过整理,填料塔除湿器当某一参数改变时,被处理空气的温、湿度的变化趋势与模型计算值的比较见图3至图7。由图3~图7所示可见,实际结果同模型计算结果有着相同的变化趋势,实验值和理论值吻合较好。从图线的变化趋势看,除湿器的工作过程有以下特点:
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