中国工程热物理学会年会传热传质会议论文.基于热量、质量积耗散的中空纤维膜组件除湿性能的热力学分析

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中国工程热物理学会 传热传质学 123215 学术会议论文 编号： 基于热量、质量积耗散的中空纤维膜组件除 湿性能的热力学分析 11,21 ， 张宁张立志，裴丽霞 (1. 华南理工大学化学与化工学院传热与节能教育部重点实验室，广州，510640) (2.华南理工大学亚热带建筑科学重点实验室，广州，510640) (Tel：020-87114268，Email: lzzhang@scut.edu.cn) ： 建立了叉流中空纤维膜液体除湿的二维传热、传质数学模型，引入研究传热传质过程热量积的热阻 摘要 因子与质量积的湿阻因子用来衡量溶液除湿过程中热量与水分传递的不可逆性。通过分析与传热耦合的湿 空气水分传递过程，得到了热湿传递过程的中传热、传湿的阻力表达式，比较了除湿过程中不同空气-溶液 流量比与空气-溶液进口状态的阻力因子。空气-溶液流量比为1:1时，阻力因子较小。由于叉流除湿器偏 离平衡逆流传热传质形式，最小热阻因子不在溶液进口状态等浓度线上，而是在偏离等浓度线使得空气与 溶液的温差更大的点，最小湿阻因子在偏离等浓度线使得空气与溶液的水蒸气分压差更大的点。实际运行 时，尽可能使除湿过程线接近上述条件，以减少热湿传递过程的不可逆性。 ：中空纤维膜组件；热湿传递；热量积耗散；质量积耗散；阻力因子 关键词 0 前言 热湿独立控制的空气调节方式可以利用吸湿性溶液或固体，调节空气的湿度再分别用制 [1] 冷装置调节空气的温度。相比较传统的冷却除湿方法，液体除湿不需要把新风温度降到露 点以下，同时避免表冷器产生的冷凝水滋生细菌影响室内空气环境，更为节能和环保，因此 [2] 得到迅速的发展。溶液除湿是热量传递和水分传递相互耦合的过程，项辉等对其进行了深 [3] , Factor 入细致的研究。等以微元控制体模型为基础建立了逆流填料塔中吸湿溶液与空气热 [4][5] 。 Dai 质交换过程的控制微分方程刘晓华等和等人建立了适用于叉流除湿器的模型， [6][7][8] SamanLiu 和研究了温度、湿度、浓度等物理量对除湿性能的影响。李震以减少溶液除 [9] Guo 湿过程的熵产为优化目标，分析了溶液与空气的最佳流量比。等提出了热量积的概念 , 来描述物体向外界传递热量的能力引入了热量积耗散的概念来衡量在传热过程中该物体 传热能力的损失。指出熵产是热功转换传热过程不可逆性的量度，与热功转换无关的传热过 [10] 程不可逆性的量度为热量积耗散。江亿等将热量积引入空气与水热湿转换过程中，定义了 湿空气的质量积，指出在满足参数匹配的情况下，为达到质量积损失最小，应使湿空气尽量 [11] 接近饱和线与水进行热湿交换。陈林等导出了衡量溶液除湿过程中水分传递不可逆性的湿 [12] , 阻的表达式并利用湿阻的概念对溶液除湿系统的除湿性能进行分析和优化。刘晓华等利 用热量积和质量积耗散对逆流除湿塔进行热湿传递分析，得出在溶液进口状态等浓度线上进 ， 行的热湿传递过程不匹配系数最小而溶液进口状态等焓线上发生的过程不匹配系数较大。 [1-8] 传统的液体除湿均采用填料塔作为气液接触介质以增大传热传质面积，由于除湿溶 液与湿空气直接接触，无法避免气流对除湿溶液小液滴的夹带。这些具有极高腐蚀性的小液 / 滴随新风进入室内，会污染室内空气环境。由于亲水憎水中空纤维复合膜具有良好的选择 性，只允许水蒸气透过而对溶液有拦截作用，因此避免了除湿溶液与空气直接接触，有效防 止了气液夹带现象。另外，中空纤维膜具有较高的比表面积，除湿组件填充密度可以高达 23 1500 m/m ，可以大大缩小除湿器的体积，确保较大的气液传质有效面积，壳层空气流动阻