空气热湿耦合处理过程的不可逆性及其优化理论

针对空气热湿处理系统中的热质耦合传递过程，本项目首先定义描述溶液和湿空气吸收/释放全热（显热和潜热）能力的物理量- - 溶液火积和湿空气火积，建立衡量空气热湿耦合处理过程不可逆性的量度- - 溶液/湿空气火积耗散，以此从传热传质机理上揭示空气热湿处理系统热性能的影响因素。并且，从溶液/湿空气火积耗散的角度建立比较不同空气热湿处理系统/设备热性能的直观评价标准- - "阻抗"。通过分析全热传递量与溶液/湿空气火积耗散之间的定量关系，提出溶液/湿空气火积耗散极值原理及其对应的空气热湿处理过程的优化设计方法，并用来对溶液除湿/蒸发冷却系统及其设备进行优化设计。最后，实验测试和比较优化前后热质交换系统/设备的热性能、火积耗散和阻抗，验证理论分析和数值结果。本项目科学意义明确、应用背景清晰，相关研究可以深化与发展火积的理论，建立热质耦合传递过程分析和优化的理论与方法，为空气热湿的节能高效处理提供理论指导。

本课题严格按照研究计划执行，未作任何调整。以空气热湿的高效处理与综合利用为背景需求，针对湿空气蒸发冷却过程和溶液除湿/再生过程，围绕“①温度、湿（浓）度对湿空气、溶液吸（放）热能力综合影响的定量评价；②蒸发冷却、溶液除湿过程不可逆性的衡量标准及优化准则”2个科学问题，定义了湿空气(火积)来表征湿空气吸热能力，并导出了蒸发冷却过程中的湿空气(火积)平衡方程及湿空气(火积)耗散热阻的表达式来定量评价蒸发冷却过程的性能。同时，在明确了最小湿空气(火积)耗散热阻与最小(火用)损失这两个优化目标在蒸发冷却过程优化中区别的基础上，提出了间接蒸发冷却系统全局优化设计的新方法。利用该方法对典型的间接蒸发冷却系统进行了优化设计，指出了相应的优化设计准则，并搭建了间接蒸发冷却系统性能测试台来实验验证理论分析和优化结果。另一方面，针对湿空气和溶液组成的二元体系，建立了湿空气—溶液的分区状态图，直观体现了溶液在不同温度和浓度状态下的除湿/加湿能力，从而便于最优除湿/加湿流程的构建。此外，定义了表征溶液在一定温度和浓度下除湿/加湿能力的物理量——溶液(火积)，导出了溶液除湿/加湿过程中的溶液(火积)平衡方程及溶液(火积)耗散热阻的表达式来定量评价溶液除湿/加湿过程的性能，从而验证了分区优化流程的正确性。在上述理论研究的指导下，发明了“变压密封式蒸发冷却制冷系统”来进一步降低湿空气的吸热温度，提高其冷却性能；发明了“一种空气与溶液或水之间的热质交换系统”来充分提高溶液的除湿/加湿性能；并且，基于强化传质、抑制传热的思路，研究并实验验证了适用于人体红外隐身的材料结构。总之，通过本课题的研究，发展了湿空气热质耦合传递过程分析和优化的理论和方法，有利于提高湿空气热湿处理系统的能源利用效率。并且，撰写英文专著章节 1 章，申请中国发明专利 2 项（已授权 1 项），发表SCI检索论文 23 篇（国际期刊论文 16 篇），上述论文被SCI他引 83次。并且,课题负责人被邀请在“第七届全国制冷空调新技术研讨会”做大会报告 1次。