吸附式除湿装置温湿度场分布对其驱动温度影响机制研究

批准号:
51706015
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
21.0 万元
负责人:
涂壤
依托单位:
学科分类:
E0603.传热传质学
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
邵晓亮、孙凡卓、李妍、罗丞朝、赵旭杨
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中文摘要
本项目紧紧围绕固体吸附除湿驱动温度高这一制约低品位热源利用的问题,以绝热型及内冷型固体除湿装置及空气处理流程为研究对象,立足于热湿传递部件内部温度及湿度场分布开展研究,通过除湿装置性能测试、热湿传递部件温湿度场分布数值模拟及基于热湿传递过程的火用损失分析,揭示温湿度场分布对其驱动温度的影响机制,为实现低温驱动高效固体除湿提供指导。研究包括:在已有绝热型及内冷型固体除湿模拟程序基础上对其进行完善并进行实验验证;通过数值模拟研究外在因素对固体除湿装置及流程的驱动温度及温湿度场分布的影响规律;提炼固体除湿材料、空气及内冷床中冷热流体温湿度场及温湿度差场的分布特性指标,并通过研究其同火用损失的联系,揭示其对固体除湿驱动温度的影响机制;基于场优化提出低温驱动高效除湿的新装置和新流程。本项目阐明固体除湿温湿度场分布特性,揭示场分布对驱动温度的影响机制,从场优化角度为实现低温驱动高效固体除湿提供依据。
英文摘要
High heat source temperature is the main factor that limits the adoption of low-temperature and high efficient heat sources. The adiabatic and inner cooling desiccant dehumidification devices and air handling processes are researched in this project. Based on temperature and humidity ratio fields of heat and mass transfer devices, through performance tests, fields distribution simulation and exergy destruction analysis, the influencing principles of temperature and humidity ratio fields on the driving temperature are revealed and guidelines for the design of low-temperature driven high efficient adsorption dehumidification units and air handling processes are proposed. The following are mainly researched: improved models and experiment validation of desiccant wheels and inner cooling desiccant beds; simulation analysis of the effects of each parameter on the driving temperature and temperature and humidity ratio fields; proposing indexes that can describe the field distribution features of desiccant material, air and cold/hot fluids of inner cooling desiccant bed, and analyzing the influencing principles of field distribution on the driving temperature; proposing low temperature driven high efficient innovative systems and air handling processes based on fields optimization. This project aims to elaborate the characteristics of temperature and humidity ratio fields, to reveal the influencing principles of field distributions on the driving temperature, and to realize low temperature driven high efficient solid dehumidification systems based on field optimization.
本项目的研究对象为采用固体吸附剂的空气除湿过程,目的是在满足空气除湿需求的前提下降低热源驱动温度,这对建筑热湿环境营造过程中可再生热源的高效利用以及主动式热源能耗的降低意义重大,对降低建筑运行过程碳排放、实现建筑部门碳达峰意义重大。.本研究从热湿传递机理及系统㶲平衡角度,首先提炼出降低吸附式除湿过程再生温度或热源温度的关键因素,即:通过转轮结构和冷热源流量分配提升温湿度差场均匀性以降低㶲损失、合理设计冷源避免过度除湿、采用预冷和多级加级间降温方式降低除湿空气处理过程中的温度水平。进而,考虑再生热源“量”和“质”对其能耗的影响关系,针对不同类型热源,基于等效能源消耗提出优化的空气处理流程。最后,以降低再生驱动温度为目标,从吸附材料改进和转轮运行方面,提出普适的吸附材料特性及转轮转速选择准则。.尝试将研究扩展至采用转轮的空气加湿过程和转轮加湿辅助的空气取水过程。研究显示,该方法可在“0淡水”消耗前提下,有效解决干燥地区冬季建筑空调高效加湿和淡水制取过程,且通过传热流程优化,最大化实现热回收并实现空气源热泵和燃气锅炉的高能效利用,从而降低冬季建筑加湿和淡水制取过程中的能源消耗。.对于描述温度场分布均匀性的不匹配系数及其对热源温度和㶲损失的影响机制,本研究将该理论移植到管壳式蓄热模块高效传热过程研究,从降低径向传热热阻角度,提出高效结构设计参数,从降低蓄热模块沿程动态不匹配系数角度,提出推进替换式多级蓄热板运行流程,有效促进了可再生冷热源的高效蓄存和使用。.综上所述,本项目的研究成果对提升建筑热湿环境舒适性、降低建筑热湿环境营造过程能耗并提高自然冷热源的利用率,从而降低建筑运行过程碳排放意义重大;提出一种非常规水源开发渠道,实现从自然环境空气中高效制取淡水,满足我国干旱地区居民生活和灌溉需求;优化现有管壳式蓄热装置结构,并提出推进替换式多级蓄热板运行流程,促进自然冷热源的高效蓄存和使用。
期刊论文列表
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科研奖励列表
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专利列表
DOI:https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.119884
发表时间:2021
期刊:Energy
影响因子:9
作者:Jiaqi Li;Rang Tu;Mengdan Liu;Siqi Wang
通讯作者:Siqi Wang
Performance analyses of a new system for water harvesting from moist air that combines multi-stage desiccant wheels and vapor compression cycles
结合多级干燥剂轮和蒸汽压缩循环的从潮湿空气中收集水的新系统的性能分析
DOI:10.1016/j.enconman.2019.111811
发表时间:2019-10
期刊:Energy Conversion and Management
影响因子:10.4
作者:Tu Rang;Hwang Yunho
通讯作者:Hwang Yunho
Efficient configurations for desiccant wheel cooling systems using different heat sources for regeneration
使用不同热源进行再生的干燥剂轮冷却系统的高效配置
DOI:10.1016/j.ijrefrig.2017.12.001
发表时间:2018-02
期刊:International Journal of Refrigeration
影响因子:3.9
作者:Tu Rang;Hwang Yunho
通讯作者:Hwang Yunho
Fresh air humidification in winter using desiccant wheels for cold and dry climate regions: Optimization study of humidification processes
寒冷干燥气候地区冬季除湿轮新风加湿:加湿过程优化研究
DOI:10.1016/j.ijrefrig.2020.04.009
发表时间:2020-10
期刊:International Journal of Refrigeration
影响因子:3.9
作者:Rang Tu;Jiaqi Li;Yunho Hwang
通讯作者:Yunho Hwang
Exergy analysis of a novel multi-stage latent heat storage device based on uniformity of temperature differences fields
基于温差场均匀性的新型多级潜热储存装置火用分析
DOI:10.1016/j.energy.2021.119884
发表时间:2021-04
期刊:Energy
影响因子:9
作者:Jiaqi Li;Rang Tu;Mengdan Liu;Siqi Wang
通讯作者:Siqi Wang
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