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液体除湿丝网波纹填料应用特性研究
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液体除湿丝网波纹填料应用特性研究

2020-03-03      阅读:
应用于液体除湿空调中的除湿/再生器采用氯化锂作为除湿溶液,对在逆流结构形式下液体夹带量、压降等特性在理论模型模拟的基础上分别进行了试验研究,得出了液体夹带量及气体压降随气液比、风量、溶液流量的非线性关联式。根据试验数据与理论研究的对比分析通过非线性回归获得了更精确的压降计算模型参数。

液体除湿空调系统是近年来出现的环保节能的空气处理方式,不仅能够利用低品位热能(如太阳能、浅层地热能、发动机余热、工业余热等)来再生液体吸湿剂,通过盐溶液与空气进行接触、
能够除去空气中的尘埃、细菌、霉菌及其他有害物,提高室内空气的品质。除湿器与再生器是除湿空调系统的核心部件,目前主要采用填料形式。
由于除湿盐溶液基本都属于非氧化性卤素盐,其溶液对碳钢以及铜材有一定的腐蚀性,溶液与材料表面接触时会发生氧去极化腐蚀,对室内部件设备等具有一定的破坏性,因此在系统中要采取相应的措施避免产生溶液的夹带,随着风量和溶液量的变化,填料塔内的阻力也相应发生变化,目前可供参考的相关资料和实验数据比较少。针对除湿/再生器进行溶液夹带、持液量及气体压降等特性的对比研究,能够防止溶液的夹带,并有效匹配液体除湿空调系统溶液流量及风量,提高系统的效率。
2理论模型及模拟
丝网波纹规整填料作为气液接触装置具有比表面积大、空隙率高以及阻力、持液量小等优点,除了应用于化工精馏外,在相关的传热传质领域也已经被广泛采用[1,2]。由于其具有压降小,传质系数高等优点,除湿/再生器作为液体除湿空调系统的核心部件即采用这种高效的填料作为热质交换装置,本系统研究所采用的填料特性数据如表1所示[3,4]。

在除湿/再生器设计中压降是一个主要的设计参数,对于系统风量以及溶液夹带量有直接的影响,虽然逆流填料塔被广泛应用于化工领域,但是由于塔内汽液状态特性复杂,以往的研究多集中于宏观的试验数据关联式研究。对于此类结构的设备在除湿空调领域的特性研究国内外获得的理论模型相对较少,主要有Bravo,Ergun,Billet,
Stichlmair等人在该方面进行的大量基础性研究可供参考[5,6],这些研究着重于建立比较通用的化工类设计参考理论模型但针对性不强。目前尚没有专门针对除湿/再生用液体除湿空调系统用填料应用性能研究,综合近年来的研究成果,经过比较选择主要有如下压降计算模型比较适用于预测除湿空调器中系统运行时的压降。
GandhidasanP在Stichlmair等建立的填料塔的压降进行计算通用模型研究,在文献[7~9]的研究基础上获得压降模型一,该模型能够适用规整及散装填料的液体除湿器,并且模型的建立是采用氯化钙溶液作为除湿剂时获得的参数,针对性比较强。数学模型一的表达式为:

GeertF、Woerlee等以倾斜流道为模型进而推导出了散堆以及规整填料塔内的压降,持液量等理论计算模型,该模型提出了塔径,倾角以及汽液接触面处相互影响对压降的作用,并用影响因子的形式体现出来[10~14]。数学模型二的表达式为:

国内对于这方面的研究也比较多,王双成等对于不同规整填料的塔器进行了研究,并由实验数据计算了部分常用填料新关联式的压降常数获得通用压降模型[15~19]。数学模型三的表达式为:

采用以上模型对丝网波纹填料应用浓度30%的氯化锂溶液作为除湿剂进行模拟研究。除湿塔的内部的填料结构为0.75×0.75×1.32(宽×长×高),溶液流量变化:0~10m3/h,风量变化:500~5500m3/h,不同理论模型所获得的模拟结果如图1~3所示。

通过以上的模拟结果表明使用不同的模型获得的压降变化趋势基本一致,但在不同的工况下获得的结果差异比较大,系统处于低溶液流量区域时模型一与模型三获得的数据比较吻合,随着溶液的流量加大模型三所获得的模拟结果明显小于模型一、二所得出的结果,最大差异接近50% 


3试验研究和模型检验
在模拟结果的基础上进行了试验研究进行对比分析,试验工况分别是流量变化:0~6m3/h,风量变化:500~5000m3/h,溶液浓度30%氯化锂,温度25℃。图4示出试验获得不同流量下压降随风量的变化曲线,图5示出试验获得不同风量下压降随流量的变化曲线。
对理论模拟数据与试验数据比较可以得到如图6~8所示的结果。
模型一所获得的理论值与实验值相比较最为接近,误差在20%以内,而模型二的理论压降与实验结果相比普遍偏大,在流量较小及较大区域时理论压降与实测压降相比已超出20%,模型三的理论结果则普遍小于实测值,误差均已超出20% 

根据模拟结果与实测结果对比分析,模型一的模拟结果与实测结果较为符合,虽然模型三的偏差较大但压降变化趋势与实测值较为吻合,因此根据实验数据选择模型一、三进行非线性回归。
通过非线性回归后分别得到模型一,三的经验参数。

模型一中摩擦阻力系数以及润湿表面计算公式中的经验参数经线性回归后如表2所示。

模型三中经验参数经过非线性回归后如表3所示,图10所示为回归后模型三理论与实际误差对比。


4温度影响以及溶液夹带
液体除湿空调在再生与除湿不同工况下温度差异比较大为此进行了不同温度的下的系统压降研究,另外溶液的夹带也对被处理空气的质量有重要影响,试验结果如图11~13所示。
图11表明温度对压降产生的影响没有明显 
的变化趋势,在设计过程中可忽略,根据图12、13可知当溶液流量一定调节风机频率时随着填料塔内风速增大出口空气中液体夹带量随之增加,图12表明随着溶液流量的增加同风机在同一频率下运行时空气中夹带的溶液量几乎呈线性增加,虽然风量减小可减少液体夹带量但两者综合作用的结果是随着溶液流量的增加液体夹带量线性急剧增加,因此在除湿空调系统必须加装除沫装置防止溶液的夹带。


5结论
(1)通过不同的模型对除湿空调系统运行工况下的压降特性进行了模拟,并通过实验研究进行对比。在实验的基础上进行非线性回归获得了新的计算参数,使原有模型的预测精度能够达到20%以内。研究表明模型一的通用性较强,但针对不同的材料进行回归模型三能够获得更高的预测精度;
(2)对除湿器/再生器在不同温度下的压降进行了试验测试,研究表明由温度产生的压降影响基本可以忽略;
(3)试验表明不同风量以及溶液流量对处理空气的夹带量有很大影响,如何进行除沫防止液体夹带在丝网波纹填料的推广应用中需要进一步深入研究。

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