太阳能液体除湿空调系统除湿过程传热传质研究

摘要

太阳能液体除湿空调系统是一种利用低位热能且无污染的空调系统,这种系统利用液体除湿剂来除去空气中的水分,然后通过加热使溶液再生,除湿溶液可以在低于80℃的条件下再生,利用平板或真空管式太阳能集热器就可满足要求.它利用水做工作介质,耗电量低;除湿剂还适合用作除湿势能的储存介质(除湿势能代表除湿剂除湿能力),有很强的蓄能能力.近年来人们对太阳能除湿空调系统进行了大量的研究.该文着重对太阳能液体除湿系统的除湿过程的传热传质特性进行了分析和数值模拟,并对不同除湿溶液进行了除湿过程的实验研究.大多数学者在对除湿过程进行传热传质的计算中采用的除湿器壁面边界条件都是理想的恒壁温或是绝热壁面的情况,这与除湿过程实际工况不符.为此,该文针对实际存在的对流换热壁面边界条件下降膜除湿过程的传热传质特性进行了分析和数值模拟.在除湿单元竖直板降膜流动流态为层流的状态下,对除湿过程进行数值求解,获得了降膜的温度场和浓度场;对求解结果进行了分析和讨论.与文献中的绝热和等温壁面条件的结果相比较,可以发现当冷却流体的对流换热系数越大,其除湿液膜内的温度和浓度分布与壁面边界条件为等温壁面情形的温度和浓度分布越接近,而当冷却流体的对流换热系数越小,其液膜内的温度和浓度分布就越接近于绝热壁面的情况,验证了数值计算结果的正确合理性;分析了不同的吸收热(被吸收水分的气化潜热)和刘易斯数对液膜的温度和浓度的影响;最后通过对沿除湿单元竖直板长度方向的除湿量的分析,得到了在给定的工况下,竖板降膜除湿器的优化高度.针对不同的实验工质:氯化钙溶液、不同混合比的氯化钙和氯化锂混合溶液,研究了除湿器入口溶液浓度、入口空气流量、溶液流量及空气入口温度、湿度变化对除湿器除湿量的影响;以及氯化钙和氯化锂的混合质量比分别为1:1.5、1:1、1.5:1时的除湿效果;实验结果表明:用氯化钙和氯化锂混合质量比为1:1时的除湿溶液代替氯化锂溶液能节省费用,同时也改善了用纯氯化钙浓溶液作除湿剂时的除湿性能.在实验研究的基础上,根据该文建立的对流换热壁面边界条件下竖板降膜除湿的数学模型及数值计算方法,对给定工况下的除湿过程进行了数值模拟,计算结果与实验结果基本吻合,证实了该文所提出的对流换热壁面边界条件下竖板降膜除湿过程传热传质的数学模型和采用的计算方法是正确的.

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主要符号表

第一章绪论

1.1太阳能液体除湿空调系统概述

1.2研究与进展

1.3本文主要研究内容

第二章对流换热壁面边界条件下竖板降膜除湿数学模型

2.1降膜除湿数学模型的建立

2.2除湿溶液特性的分析

第三章除湿数学模型数值求解及结果分析

3.1数值求解

3.2实际算例

3.3结果与分析

3.4降膜除湿器最佳高度

3.5液膜的传热和传质系数

3.6热量、除湿量的计算

第四章太阳能液体除湿空调实验系统

4.1除湿剂的选择

4.2三种太阳能液体除湿空调系统除湿器的比较

4.3太阳能液体除湿空调实验系统

4.4液体除湿空调系统实验测量仪表

第五章太阳能液体除湿空调系统的实验研究

5.1除湿特性实验研究

5.2再生特性实验研究

5.3除湿实验结果与数值模拟结果的比较

5.4小结

第六章结论与展望

6.1主要结论

6.2展望

参考文献

致谢

作者攻读硕士学位期间发表及录用的论文