盐水处理湿空气热质交换模型

1、盐水喷淋处理湿空气的通用热质交换计算模型刘晓华 024068陈晓阳 024072主要内容1 引言引言2 顺流热质交换模型顺流热质交换模型3 逆流热质交换模型逆流热质交换模型4 叉流热质交换模型叉流热质交换模型5 模型比较及影响因素分析模型比较及影响因素分析6 总结总结7 待进一步完善的工作待进一步完善的工作引 言问题的提出问题的提出溶液和湿空气热质交换的特殊性：溶液和湿空气热质交换的特殊性：由于吸放湿作用，溶液的质量和浓度均发生变化由于吸放湿作用，溶液的质量和浓度均发生变化溶液与符合拉乌尔定律的理想溶液有很大负偏差，表溶液与符合拉乌尔定律的理想溶液有很大负偏差，表面蒸汽压远低于同温度下水的饱和

2、蒸汽压面蒸汽压远低于同温度下水的饱和蒸汽压热质交换过程中，会有吸附热的吸收与释放，吸附热热质交换过程中，会有吸附热的吸收与释放，吸附热大于水蒸汽的凝结热大于水蒸汽的凝结热引引 言言目前的计算模型目前的计算模型细致模型是从控制热质交换过程的微分方程出发，对细致模型是从控制热质交换过程的微分方程出发，对方程进行离散，通过数值计算的方法求解。简单模型方程进行离散，通过数值计算的方法求解。简单模型无法给出热质交换过程中各状态参数的沿程变化情况，无法给出热质交换过程中各状态参数的沿程变化情况，但简单模型计算量小。目前还没有文献涉及对填料塔但简单模型计算量小。目前还没有文献涉及对填料塔中同时进行的热质交换

3、过程的解析解。中同时进行的热质交换过程的解析解。实验研究：仅限于湿空气和除湿溶液的进出口参数，实验研究：仅限于湿空气和除湿溶液的进出口参数，没有涉及热质交换过程中各状态参数的沿程变化情况。没有涉及热质交换过程中各状态参数的沿程变化情况。有关热质交换界面的等效参数问题有关热质交换界面的等效参数问题引引 言言所要解决的问题及其解决思路所要解决的问题及其解决思路热质交换模型热质交换模型顺流、逆流：通过合理的简化假设求出了热质交换顺流、逆流：通过合理的简化假设求出了热质交换过程控制方程的解析解；过程控制方程的解析解；叉流：流动形式的复杂性，采用数值求解；叉流：流动形式的复杂性，采用数值求解；三种形式热

4、质交换设备的比较三种形式热质交换设备的比较设备性能随进口参数的变化情况设备性能随进口参数的变化情况顺流热质交换模型顺流热质交换模型 顺流热质交换模型顺流热质交换模型简化假设简化假设 溶液浓度基本不变，焓值为温度的单值函数溶液浓度基本不变，焓值为温度的单值函数 Le数近似等于数近似等于1 热质交换界面等效湿空气的比热为常数热质交换界面等效湿空气的比热为常数Lewis数数热质交换单元数热质交换单元数热容量比热容量比mpdchhLe,admaALhNTUzpinzeacmCmm,*顺流热质交换模型顺流热质交换模型LymNTUinaeTeTinaeTehhmmmhhmhinzinzz)1*(,1*1*

5、0,CTChzeeTzLymNTUinaeTeTinaaehhmmhhmhinzinz)1*(,1*11*LyNTUyLyNTUeTinaaedyeyLNTUz0,)(顺流热质交换模型顺流热质交换模型定义热质交换效率：定义热质交换效率：顺流热质交换顺流热质交换 NTU关系式：关系式：inaeTinaoutahhhhinz,*11*)1 (memNTU顺流热质交换模型顺流热质交换模型假设一：假设一：除湿过程中，除湿过程中，忽略除湿溶液侧的流量忽略除湿溶液侧的流量变化，除湿溶液的焓值变化，除湿溶液的焓值仅是温度的单值函数仅是温度的单值函数 0.480.4850.490.4950.501234567

6、8910湿空气含湿量变化 (g/kgair)溶液出口浓度 (进口50%)R=0.25R=0.5R=1R=20.5750.580.5850.590.5950.6012345678910湿空气含湿量变化 (g/kgair)溶液出口浓度 (进口60%)R=0.25R=0.5R=1R=2顺流热质交换模型顺流热质交换模型假设二：认为在湿空气和除湿溶液的热质交换假设二：认为在湿空气和除湿溶液的热质交换过程中过程中Le数恒等于数恒等于1 Merkel分析表明，可以认为在热质交换过程分析表明，可以认为在热质交换过程中，中，Le数可以认为等于常数。在冷却塔内湿空数可以认为等于常数。在冷却塔内湿空气和水的热质交换

7、系数近似等于气和水的热质交换系数近似等于1。Stevens等等人得到人得到Le等于等于1.2时，可以很好的吻合实验数时，可以很好的吻合实验数据。除湿过程的据。除湿过程的Le数究竟应该等于多少，还是数究竟应该等于多少，还是需要进一步分析和探讨，但需要进一步分析和探讨，但Le数应该和数应该和1相差相差不大。不大。 顺流热质交换模型顺流热质交换模型假设三：认为湿空气和溶液的热质交换界面相假设三：认为湿空气和溶液的热质交换界面相应的等效湿空气比热容在整个热质交换过程中应的等效湿空气比热容在整个热质交换过程中为常数为常数 顺流热质交换模型顺流热质交换模型基本参数设置基本参数设置除湿器的尺寸为除湿器的尺寸

8、为1m1m1m湿空气的进口参数为湿空气的进口参数为32，18g/kg除湿溶液为除湿溶液为50%质量浓度的溴化锂溶液，溶液质量浓度的溴化锂溶液，溶液进口温度为进口温度为35湿空气和溶液的进口流量均为湿空气和溶液的进口流量均为2 kg/s m2NTU等于等于2.5 顺流热质交换模型顺流热质交换模型顺流热质交换模型顺流热质交换模型含湿量解析解含湿量解析解求解公式求解公式积分结果积分结果简化结果简化结果30323436384000.20.40.60.81y (m)空气温度 ()积分解简化解0.0120.0140.0160.01800.20.40.60.81y (m)含湿量 (kg/kg)积分解简化解d

9、yyLNTUdyLNTUdeTaaz)(,LyNTUyLyNTUeTinaaedyeyLNTUz0,)(LyNTUeTinaeTaezz,LeTeTdyLzz0,1顺流热质交换模型顺流热质交换模型通用性分析通用性分析a单位体积内填料和溶液的接触面积单位体积内填料和溶液的接触面积主要和填料的形式有关，由填料的本身的结构决定，主要和填料的形式有关，由填料的本身的结构决定，近似估算：近似估算：hd单位时间内通过单位面积的水蒸气量单位时间内通过单位面积的水蒸气量 是填料形式、风量、溶液流量以及溶液性质的复杂是填料形式、风量、溶液流量以及溶液性质的复杂函数，需要由实验确定。函数，需要由实验确定。当运行工

10、况稳定时，为常数。当运行工况稳定时，为常数。 溶液性质溶液性质溶液表面蒸汽压与温度和浓度的变化关系溶液表面蒸汽压与温度和浓度的变化关系当溶液无限稀时，相当于湿空气和水进行热质交换当溶液无限稀时，相当于湿空气和水进行热质交换pnLGma)/808(5 . 0逆流热质交换模型逆流热质交换模型逆流热质交换模型逆流热质交换模型解析解解析解LyLmNTUinaeTeTinaeTehhmmmhhmhoutzoutzz)1*(,1*1*LyLmNTUinaeTeTinaaehhmmhhmhoutzoutz)1*(,1*11*LLyNTUyLLyLNTUeTinaaedyeyLNTUz)()(,)(*)1 (

11、*)1 (*11mNTUmNTUemeLLyNTUeTinaeTaezz)(,逆流热质交换模型逆流热质交换模型数值解与解析解比较数值解与解析解比较逆流热质交换模型逆流热质交换模型含湿量解析解含湿量解析解积分结果积分结果简化结果简化结果LLyNTUyLLyLNTUeTinaaedyeyLNTUz)()(,)(LLyNTUeTinaeTaezz)(,叉流热质交换模型叉流热质交换模型xyLxLy除湿溶液湿空气叉流叉流计算结果计算结果湿空气焓值 湿空气含湿量湿空气温度溶液温度溶液浓度叉流热质交换模型叉流热质交换模型模型比较及影响因素分析模型比较及影响因素分析评价指标评价指标全热交换效率全热交换效率 湿

12、交换效率湿交换效率 inaeTinaoutahhhhinz,eTinaoutainawinz,模型比较及影响因素分析模型比较及影响因素分析基本进口参数基本进口参数湿空气和溶液的质量流量均为湿空气和溶液的质量流量均为2kg/s m2湿空气：温度湿空气：温度32，含湿量，含湿量18g/kg溶液：温度溶液：温度25，质量浓度，质量浓度50%，使用，使用溴化锂溶液溴化锂溶液 (a) 流量比的影响流量比的影响solution to air mass flowrate ratiosolution to air mass flowrate ratio(b) NTU的影响的影响NTUNTU(c) 空气进口含湿

13、量空气进口含湿量inlet humidity ratio (g/kg)inlet humidity ratio (g/kg)(d) 空气进口温度空气进口温度inlet humid air temperatureinlet humid air temperature(e) 溶液进口温度溶液进口温度inlet solution temperature ()inlet solution temperature ()(f) 溶液进口浓度溶液进口浓度inlet solution concentration (%)inlet solution concentration (%)模型比较及影响因素分析模型比

14、较及影响因素分析逆流除湿器最优，叉流次之，顺流最差逆流除湿器最优，叉流次之，顺流最差全热交换效率全热交换效率 湿交换效率湿交换效率 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，但增幅减小增大，但增幅减小增大，但增幅减小增大，但增幅减小空气进口含湿量空气进口含湿量增大增大基本不变基本不变叉流基本不变，顺叉流基本不变，顺流、逆流增大流、逆流增大空气进口温度空气进口温度增大增大基本不变基本不变降低降低溶液进口温度溶液进口温度增大增大降低降低降低降低溶液浓度溶液浓度增大增大增大增大增大增大总总 结结 顺流和逆流：顺流和逆流： 简化假设，导出解析解简化假设，导出解析解 数值求解与解析解比较数

15、值求解与解析解比较 a) 除湿过程：解析解除湿过程：解析解 b) 再生过程：数值计算再生过程：数值计算叉流：数值求解叉流：数值求解总总 结结确定热质交换设备评价指标确定热质交换设备评价指标分析各因素对不同形式热质交换设备效分析各因素对不同形式热质交换设备效率的影响。率的影响。在相同的参数设置下对顺流、逆流和叉在相同的参数设置下对顺流、逆流和叉流三种接触方式进行了比较。由结果看流三种接触方式进行了比较。由结果看出，一般情况下逆流接触的热质交换效出，一般情况下逆流接触的热质交换效果最好，叉流次之，顺流最差，与显热果最好，叉流次之，顺流最差，与显热换热器相似。换热器相似。 待进一步完善的工作待进一步

16、完善的工作 与实验结果对比验证：与实验结果对比验证：与其它文献进行对比，更主要还是与本实与其它文献进行对比，更主要还是与本实验室的测试结果进行对比分析，用已有的解验室的测试结果进行对比分析，用已有的解析或数值计算的结果指导实验的进行，再用析或数值计算的结果指导实验的进行，再用实验的结果对模型进行修正和完善实验的结果对模型进行修正和完善 参考文献张寅平，朱颖心，江亿. 水空气处理系统全热交换模型和性能分析. 清华大学学报,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). 523-533参考文献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