作者姓名：劉曉華
Zt3sU_ 論文題目：溶液調濕式空氣處理過程中熱濕耦合傳遞特性分析
0 3fO m 作者簡介：劉曉華，女，1980年9月出生，2002年9月師從于清華大學江億教授（中國工程院院士），于2007年7月獲博士學位。
|:R\j0t Ww-x +U\l 中文摘要
6m;>R%S_ 溶液式空氣處理裝置是與常規空調完全不同的空氣處理方式，其不是通過對空氣進行降溫到露點以下使水蒸氣凝結從而除濕，而是通過液體吸濕劑與濕空氣直接接觸實現對空氣的濕度處理過程。與傳統的空氣處理方式相比，采用溶液式空氣處理方式，具有如下優越性：取消了冷凝水表面，消除了霉菌等生長所需的潮濕環境；既可以對空氣除濕處理，又能實現冬季對于空氣的加濕處理過程；可方便調節處理后的相對濕度，不再是常規冷凝除濕方式中接近100%相對濕度的出口空氣參數；避免了常規空調系統冷凝除濕后溫度過低還需再熱帶來的冷熱抵消問題；可以充分利用低品位能源如太陽能和廢熱實現溶液再生，節省系統電耗。然而值得注意的是，盡管這種溶液式空氣處理方式已出現近70年，但由于空氣處理流程內在的問題，導致能源利用效率低于常規空調，因此并未得到廣泛應用。本研究試圖從溶液與空氣之間最基礎也是最重要的傳熱傳質過程出發，深入剖析傳熱過程與傳質過程的相互耦合影響，設法利用傳熱過程促進傳質過程的進行，使溶液式空氣處理方式的能源利用效率大幅度提高，從而替代目前空調系統中的空氣處理方式，得到大幅降低能耗、精確控制室內溫濕度和改善室內空氣品質的效果。
CqnHh@]nu 論文的主要研究工作為：
L }*o8l` 首先，對溶液與空氣熱質交換過程中傳熱、傳質作用相互耦合影響的現象以及原因進行了全面的分析。給出了順、逆、叉流不同流型下，溶液與空氣絕熱熱質交換過程的數學模型，通過與溶液除濕/再生工況的大量實驗數據的對比分析表明：Le數等于1時，求解結果與實驗結果很好的吻合。溶液與空氣之間的傳熱驅動力 、傳質驅動力 相互耦合、影響，可能出現溶液與空氣出口溫度或（等效）含濕量超出二者進口參數所界定范圍的情況。相互耦合影響的傳熱驅動力 與傳質驅動力 ，可表示為相互獨立的焓差驅動力 和相對濕度差驅動力 。 表征全熱換熱能力、 表征擴散到平衡的窮盡程度，溶液與空氣出口參數在互相獨立的兩驅動力所界定的范圍內變化。
E'f7=ChNF 其次，在相互獨立的熱質交換過程驅動力的基礎上，提出了任意狀態的溶液與空氣熱質交換過程所能達到的處理區域在：①空氣進口等焓線；②溶液進口等濃度線（或等效相對濕度線）；③兩進口參數的連線所構成的三角形區域內。邊界線①和②與相互獨立的熱質交換驅動力一致，邊界線③的物理意義為：當溶液流量相對于空氣流量非常大，熱質交換過程對溶液狀態的影響可以忽略不計時，空氣處理過程的終狀態點就位于兩流體進口狀態的連線上。溶液與空氣熱質交換過程的可及處理區域刻畫出了任意狀態的溶液與空氣的熱濕處理過程所能達到的處理狀態，該可及處理區域適用于任意狀態的溶液與空氣的降溫除濕、加熱除濕、加熱加濕、降溫加濕等各種熱濕交換過程的分析，從而為溶液與空氣的熱濕處理過程指明了方向。
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/ 在可及處理區域的基礎上，得到影響熱質交換效果的核心因素除了眾所熟知的溶液與空氣的流動形式（順流、逆流、叉流）、溶液與空氣的流量比與傳熱傳質系數外，溶液與空氣的進口狀態（溶液溫度與濃度、空氣溫度與含濕量）也在很大程度上決定了除濕與再生過程的特性。以溶液的進口狀態為中心，根據空氣進口狀態相對于進口溶液狀態的位置，在焓濕圖上劃分成熱質交換性能不同的A～D四個處理區域：A和D區為除濕區、B和C區為再生區；A和C區全熱換熱方向與傳質方向相同、而B和D區相反。在相同條件下，位于A區的除濕（傳質）效果遠優于處在D區的冷卻空氣方式的除濕效果，位于C區的加熱溶液方式的再生（傳質）效果遠優于處在B區的加熱空氣方式。相同條件下，位于A區的除濕過程和位于C區的再生過程中，逆流熱質交換裝置的傳質性能最優，順流裝置最差，叉流裝置介于二者之間；但對于B區的再生過程和D區的除濕過程，當溶液濃度變化較�。ㄍǔＧ闆r）時，順流裝置的傳質性能最優，逆流裝置最差，流型的優劣排序與A和C區有著明顯的差異。
\|Af2 6 而后，重點分析了溶液與空氣的熱濕耦合傳遞過程與單純顯熱換熱過程的異同，發現溶液與空氣的全熱交換過程（用焓表征）與單純顯熱換熱過程（用溫度表征）有著相似的形式，可以應用顯熱換熱過程的結果分析溶液與空氣全熱換熱過程的特性。但由于在溶液與空氣的熱質交換過程中，傳熱過程與傳質過程相互影響，目前普遍采用的借鑒傳熱學分析方法的對數平均濕差 法分析溶液與空氣的傳質過程，可能出現無意義或者計算結果與實際工況偏離較大的情況。本文提出采用對數平均焓差 法分析溶液與空氣的熱濕傳遞過程，計算結果與實際工況很好的吻合。
L>14=Pr^( 綜合考慮溶液與空氣熱質交換裝置的傳熱傳質性能與壓降損失，給出了處于不同分區內的單元熱質交換裝置的性能優化分析方法。溶液與空氣熱質交換過程所能達到的理想效率為熱容量比m*、進口無量綱參數 與 的函數；可采用有效度 來衡量現有裝置相對于理想裝置的性能差異，從而為進一步提高其性能指明方向。原有叉流除濕/再生模塊的尺寸為500×500×1200mm3，優化后的尺寸為600×350×830mm3，優化后的傳熱傳質效果與壓降損失與原有裝置類似，但體積僅為原有裝置的58%。
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