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應用于太陽能集熱再生系統的除濕效率模型.pdf

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第32卷第1期2062016年1月農業工程學報‘I’ransactionsof出eChineseSocietyofAgTiculturalEn矛neeringV01.32No.1Jan.2016應用于太陽能集熱再生系統的除濕效率模型彭冬根1,張小松2(1.南昌大學建筑工程學院,南昌330031;2.東南大學能源與環境學院,南京210096)摘要:溶液除濕裝置是太陽能空氣預處理分級溶液集熱,再生系統的重要組成部分,預測填料預除濕器空氣出口參數變化是這種新型溶液再生系統設計時必須考慮的。文章通過定義濕度效率和等焓率預測填料型溶液除濕器的空氣出口參數,采用實驗和理論相結合的方法,分析影響濕度效率和等焓率變化的因素。發現當液氣比小于2.O時,溶液和空氣入口參數變化對濕度效率影響顯著;溶液和空氣入口溫度對等焓率影響大;隨液氣比增加,濕度效率增加,等焓率下降。文章最后通過線性擬合方法得到濕度效率和等焓率的數學表達式,為太陽能空氣預處理分級溶液集熱再生系統理論建模提供理論基礎。關鍵詞:模型;太陽能;溶液除濕;濕度效率;等焓率;液氣比doi:10.11975/j.issn.1002—6819.2016.01.029中圖分類號:TK511.3文獻標志碼:A文章編號:1002—6819(2016)一Ol一0206—06彭冬根,張小松.應用于太陽能集熱再生系統的除濕效率模型【J1.農業工程學報,2016,32(01):206—211.doi:10.11975/j.issn.1002—6819.2016.01.029http://www.tcsae.orgPengDonggen,zhangXiaosong.Dehumidmcationemciencymodelforsolarthe珊aJregenerationsystem[J].ThnsactionsoftheChineseSocietyofAg打cultumlEnginee^ng(TmnsactionsoftheCSAE),2016,32(01):206—211.(inChinesewithEndishabstract)doi:10.11975/j.issn.1002—6819.2016.01.029http://www.tcsae.orgO引言太陽能溶液除濕蒸發冷卻空調系統【-_卅由于具有低能耗而受到越來越多關注,太陽能溶液再生裝置【5川是該系統最重要部件之一。作者設計一種新型太陽能溶液再生系統——太陽能空氣預處理分級溶液集熱再生系統,其中需采用一種溶液預除濕裝置。國內外學者對各種溶液除濕裝置性能進行大量實驗【嫻和理論研究。理論研究所采用的模型主要有有限差分模型陋“J、效率模型【12一-,J和簡化模型【141。效率模型以其簡單和精確性較高而成為國內外學者研究熱點。文獻『151仿照冷卻塔的效率模型,推導出用于填料除濕器的占一Ⅳ彤效率模型,并和實驗和數值模型計算結果進行比較。Manin綜合大量實驗研究結果,擬合出一組新型填料除濕,再生過程的濕度效率公式[1司。文獻『171對絕熱型和內冷型溶液除濕器的各種效率模型進行較為詳細介紹。文獻f181定義焓效率、溫度效率和濕度效率,并對數值模擬結果進行線性回歸得到3個效率的擬合關系式。清華大學Liu等給出順流、逆流和叉流3種流態的全熱效率和濕度效率的解析模型【19】。Ren在近似定義溶液平衡濕度與溶液溫度和含水量呈線形變化基礎上,推導出溶液除濕過程中溶液和空氣間傳熱傳質勢差的理論解,并進一步得到絕熱和內冷型填料除濕過程的rⅣ刑理論解析模型【批”。本文采用一個經試驗驗證的填料收稿日期:2015一08—07修訂日期:2015一11一16基金項目:國家自然科學基金項目(512660lO);江西省科技支撐計劃項目(20123BBG70195)作者簡介:彭冬根(1975一),男,博士,副教授,主要從事太陽能制冷空調研究,南昌南昌大學建筑工程學院,33003l。Email:[email protected].com除濕數值模型進行溶液除濕效率理論分析,并定義等焓率表征溶液除濕的空氣出口溫度變化。最后得到填料除濕過程的空氣濕度效率和等焓率的數學表達式,為太陽能空氣預處理分級溶液集熱再生系統數學模型建立提供理論基礎。1叉流填料除濕裝置及流程本文選用規則填料(蒙特GLAsdekII介質),其裝置及填料結構圖片見圖1(a)所示,外形尺寸為O.5m(寬)×0.5m(高)×0.3m(長)。為計算方便,填料中空氣流動通道可近似為三角形和菱形,通道的當量直徑采用三角形和菱形兩種幾何形狀作為計算依據,見圖1(b)。文中試驗所用填料器的空隙率及比面積見圖1(c)。本文采用的填料除濕流程見圖2,底部溶液槽內溶液通過溶液泵進入填料除濕裝置上部的溶液噴管,溶液在填料內靠重力作用由上向下流動與空氣直接接觸,由于空氣中水蒸氣分壓力高于溶液表面水蒸氣壓力,溶液吸收空氣中水分被稀釋,較干燥空氣排出填料裝置,稀釋后溶液匯聚與溶液槽。為保證填料除濕裝置能連續運行,溶液槽分別設有濃溶液液人口和稀溶液出口,它們分別和太陽能空氣預處理分級溶液集熱再生系統中的一級太陽集熱再生裝置的溶液出口和進口相連。系統中設置一個換熱器對循環溶液進行預冷以改變除濕溶液入口溫度。2叉流除濕模型及實驗驗證按照除濕溶液與空氣流動方向不同,可以將填料除濕裝置分為順流、逆流㈤與叉流田】3種形式,本文中采用的是叉流式填料除濕裝置。在分析溶液和空氣熱、質交換中,采用如下假設:
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