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不同填料溶液除湿器热质传递过程的数值模拟

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-10-19  来源:中国除湿机网  作者:[db:作者]  浏览次数:450

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  不同填料溶液除湿器热质传递过程的数值模拟黄志甲,王永泰(安徽工业大学,安徽马鞍山243002)含湿量的分布情况,对模拟与试验结果进行了比较。结果表明规整填料的除湿效果优于散装填料,而鲍尔环的除湿效果优于其他散装填料。

  基金项目:安省自然科学基金(11040606M110)1前言目前空调领域中的空气除湿广泛采用的是冷冻除湿技术,由于能源紧缺和环境问题,近年来,溶液除湿技术得到了较快发展1.除湿器/再生器是溶液除湿系统中的核心部件,其中空气与溶液的热质交换影响整个系统的性能。许多研究者对不同型式的除湿器的热质交换过程进行了研究,但较多集中在流型(叉流或逆流)、结构(内冷或绝热)上的研究28;而对不同类型填料除湿器的理论和,并作如下简化假设:空气与溶液均匀分布,填料充分润湿;忽略液相传质阻力,与外界环境无传热传质。

  交界面苹丨逆流除湿器传热传质模型根据以上假设,将除湿器的空气和溶液按其流动方向分别作维处理15.在湿空气与除湿溶液的逆流热质传递过程中,依据能量守恒和质量守恒,引入NTU和Le(Le近似为1),经过简化推导,得到该模型的控制方程E620. ma处理空气质量流量,kg/s NTU传质单元数H除湿器的高度,m da湿空气的含湿量,g/kg de与溶液状态平衡的空气含湿量t溶液温度,cha――空气的比焓,k/kgh与溶液状态平衡的空气比焓Cp,溶液的比热容,W(kg)ta空气温度,Ci溶液浓度,对除湿器沿高度H和宽度W划分网格,并将控制方程进行离散化。已知空气和溶液进口状态,并分别作为除湿器微元体的底层和顶层,逐层依次推算就可以得出整个除湿器每一控制体空气和溶液的状态。

  2.2不同填料的传质单元数NTU目前国内溶液除湿的研究大多采用规整填料,而忽视了散装填料方便、经济的优点。本文选取鲍尔环、阶梯环、多面空心球3种散装填料和Celdek规整填料进行模拟。4种填料参数如表1所示:表1 4种填料结构参数填料类型尺寸比表面积空隙率材质填充方式鲍尔环塑料散装多面空心球塑料散装阶梯环塑料散装纸质规整传质单元数NTU表示传质过程的难易程度,其与填料的特性、构造、几何尺寸等结构参数,以及气液物性参数和操作参数有关。

  填料比表面积,m2/m3V填料体积,m3从上式可以看出,对NTU进行计算就必须求出传质系数,但在热质交换过程中传质系数一般很难确定,可以通过舍伍德数Sh表示,所以NTU可转换为:Da水蒸气在空气中的扩散系数,m2/sds填料的当量直径,m本文采用21中Tsair过试验数据进行非线性回归拟合得出的散装填料和规整填料的舍伍德数,并计算出4种填料所对应的NTU值。

  表2 4种填料的NTU值填料类型鲍尔环多面空心球阶梯环3模拟结果与分析以南京市夏季的室外气象参数作为除湿器进口空气参数,空气和溶液质量流量分别为0.22kg/s和0.525kg/s,其他参数见表3.除湿器高0.6m,长0. 5m,溶液自上而下喷淋,与从底部进入的空气逆流接触进行热质交换。根据不同填料的传质单元数NTU利用数值模拟得到4种类型填料除湿器内部空气含湿量的分布。

  表3空气与溶液进口参数空气流量溶液流量溶液进口温度溶液进口浓度空气进口温度(幻空气进口含湿量溴化锂溶液沿填料均匀流下,在水蒸气分压力差的推动下不断吸收空气中的水蒸气,所以除湿器内空气含湿量沿其流动方向逐渐减小。由于填料的构造和几何尺寸的不同,各自对应的传质单元数NTU不同,所以不同填料的除湿器内空气含湿量分布有所差别,从而导致除湿器出口空气含湿量的不同,结果如所示。模拟结果显示,在除湿器出口H=0.6m处,经过鲍尔环填料、多面空心球填料、阶梯环填料、Celdek填料处理后的在气液物性及操作参数相同的前提下,填料的结构参数直接影响其传质单元数NTU的大小,而填料的传质单元数NTU值越大,说明湿空气与溶液间的传质就越容易进行,除湿器内空气含湿量变化就越明显(如(d)),除湿效果就越好。所以经过对比发现,Celdek规整填料除湿效果最优,(a)鲍尔环不同填料除湿器内的空气含湿量分布4模拟结果与试验结果比较除湿器出口空气含湿量的模拟结果试验结果比较如所示。

  (a)规整填料(b)散装填料空气除湿器出口含湿量模拟值与试验结果比较模拟结果显示散装填料和规整填料的除湿器内空气含湿量分布差别较大,所以本文选择21中规整填料除湿试验和22中散装填料除湿实验,来验证数值模拟。通过除湿器出口空气含湿量的对比,显示数值模拟与试验结果偏差在20%以内,说明模拟结果基本可信。

  5结论本文在逆流绝热除湿模型的基础上,计算出4种不同填料的传质单元数NTU分别为0.324、0.261、0159、0.649,将其引入数学模型中并对其除湿性能进行了数值模拟并加以试验验证,得到了4种填料除湿器内的空气含湿量分布情况。模拟结果表明,在相同工况下,由于填料传质单元数NTU的不同,规整填料的除湿效果明显优于散装填料,在散装填料中,鲍尔环除湿效果较好,此为设计人员在除湿器填料选型上提供了依据。

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