多元盐溶液与湿空气热质耦合传递系数评估方法及其变化规律研究

溶液除湿技术在利用低品位热能实现制冷、除湿、空调等方面具有可观的应用前景，如何科学地描述和预测溶液与湿空气之间的热、质交换过程和性能是发展溶液与湿空气热质交换设备必须解决的课题。本项目采用理论与实验相结合的研究方法，基于NTU-Le模型，通过对多元盐溶液与湿空气热质交换特性的分析，提出热质耦合交换过程科学的性能评价指标与方法；基于该方法与NTU-Le模型，结合实验样点测试数据，揭示动力学因素（如湿空气流速、溶液流速等）、物性因素（如湿空气温湿度、溶液温度和浓度等）、除湿剂种类与配比、流型、流道特征尺寸、热质交换设备材料等对多元盐溶液在除湿过程与再生过程中热质耦合传递系数的影响规律，探讨各因素对该耦合传热传质过程的影响机理，发展热质耦合传递系数的多参数评估模型，为多元盐溶液除湿和再生过程建模、准确预测提供理论依据，为除湿器和再生器的设计、结构优化和运行参数优化提供基础数据与理论支持。

针对盐溶液与湿空气间水蒸气分压力差驱动的质扩散与温度差驱动热交换的耦合热质传递过程特点，提出了考虑沿程热质传递势差的耦合传热传质系数的评估思路，并采用NTU-Le热质传递模型与实验数据相结合的方法获取耦合热质交换系数。为了深入分析盐溶液与湿空气间耦合热质传递现象与过程，建立了结构规则的平板降膜热质交换实验系统和之型填料热质交换性能测试平台，对不同空气雷诺数、顺流和逆流不同流型、加热溶液再生和加热空气再生、不同溶液运行参数等复杂条件进行了实验研究，获得了大量的溶液与湿空气间耦合传热传质过程稳态实验数据，为揭示该耦合热传递湿传递过程提供重要基础数据。重要的结果如下：溶液除湿过程耦合传热传质系数显著高于溶液再生过程耦合传热传质系数，因此在进行溶液除湿和再生过程建模过程中务必进行考虑该热质交换特征，在所有参数中，空气风速对耦合传热传质系数的影响最大；刘易斯数Le作为反映耦合传热系数和耦合传质系数间关系的无量纲数，在除湿过程中，空气风速越大Le约接近1，一般情况下空气风速大于2m/s时，刘易斯数可以近似为1，除湿溶液温度和流量对除湿过程耦合传热系数和传质系数影响不显著；随着除湿溶液浓度的增加，耦合传质系数有下降趋势。在平板降膜热质交换实验系统上，测试了不同混合比例的LiCl与CaCl2二元溶液除湿和再生性能，为50oC以下低位热能利用（如制冷系统冷凝热）提供混合溶液备选方案。