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透濕膜加濕器的性能研究

作者:CEO 時間:2023-01-25

信息摘要:提要對透濕膜加濕器的加濕原理及其加濕熱力性能進行了理論研究,得出了其加濕熱力性能曲線。在國內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)條件下,研制了透濕膜加濕元件,并對其進行了性能測試,得出了透濕膜加濕元件的加濕量隨空氣溫度、給水溫度及風速變化的關(guān)系曲線和計算公式。關(guān)鍵詞透濕膜加濕器,研究,測試AbstractStudiestheoreticallythemechanisma

透濕膜加濕器的性能研究

透濕膜加濕器的性能研究

  提要對透濕膜加濕器加濕原理及其加濕熱力性能進行了理論研究,得出了其加濕熱力性能曲線。在國內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)條件下,研制了透濕膜加濕元件,并對其進行了性能測試,得出了透濕膜加濕元件的加濕量隨空氣溫度、給水溫度及風速變化的關(guān)系曲線和計算公式。

  關(guān)鍵詞透濕膜加濕器,研究,測試

  AbstractStudiestheoreticallythemechanismandperformanceofthehumidifierwithaporousplasticfilmasakeyelement,worksoutitscharacteristiccurves,describesthehumidifierelementdevelopedwithdomestictechniquescurrentllyavailableandreleventrelationshipcurvesofhumidifyingratewithairtemperature,watertemperatureandairvelocity,andpresentscalculationformulasobtainedfrommeasurement.

  Keywordsmembranehumidifier,research,measurement

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  1引言

  隨著空調(diào)技術(shù)的進步和人民生活水平的提高,人們越來越深刻地認識到濕度環(huán)境的重要性。許多A都在著手研制開發(fā)各種新型的加濕器,特別是日本,非常重視加濕器的研究和開發(fā),加濕器的市場亦非?;钴S。如近幾年來就推出了滴下浸透汽化式加濕器、透濕膜加濕器等,而且加濕器的型式和規(guī)格日趨完善。

  當前空調(diào)方式日趨小型化、分散化,勢必要求安裝在其中的加濕裝置亦要小型化,例如天棚隱蔽型、吊頂型空調(diào)器,其中的加濕裝置為透濕膜加濕器或超聲波加濕器。

  有關(guān)加濕器的研究著重解決以下問題:①加濕器的節(jié)能;②白粉問題;③減少水垢問題。

  筆者認為透濕膜加濕器是符合上述研究方向的一種型式,因此著重研究了它的加濕原理和熱力性能,并通過對所選用的透濕膜制成的加濕元件的實驗研究,得出了加濕量隨空氣溫度、給水水溫及風速變化的關(guān)系曲線和計算公式。

  2透濕膜加濕器的加濕原理

  透濕膜加濕器的加濕原理是以膜蒸餾理論為基礎(chǔ)的。膜蒸餾是近年來發(fā)展起來的一種新型的海水淡化和液體濃縮技術(shù),它以溫差引起的水蒸氣分壓力差為傳質(zhì)驅(qū)動力。當兩種溫度不同的水溶液被一種疏水性的微孔膜分隔開,就會產(chǎn)生一種有選擇的傳質(zhì)現(xiàn)象。由于膜的疏水性,兩側(cè)的水溶液都不能通過膜孔,但是在膜兩側(cè)水蒸氣壓力差作用下,暖側(cè)的水蒸氣能夠通過膜孔進入冷側(cè)冷凝下來,這樣在冷側(cè)可得到純水或在暖側(cè)得到濃縮液。

  依據(jù)膜蒸餾原理,透濕膜加濕器是在有限的空間保持多層水片層(可增加水的蒸發(fā)表面積),該水片層由疏水性的聚四氟乙烯微孔膜(透濕膜)包圍著,水片層之間有空氣流過,如圖1所示。當透濕膜水一側(cè)的水蒸氣分壓力大于空氣側(cè)的水蒸氣分壓力時,水蒸氣在其壓差作用下,從水側(cè)通過透濕膜膜孔進入空氣側(cè),由于膜的疏水性,水及水中的Ca2+、Mg2+和雜質(zhì)卻不能通過,從而實現(xiàn)了對空氣干凈地加濕,這就是透濕膜加濕器的加濕原理。

  3透濕膜加濕器性能的理論分析

  由水側(cè)經(jīng)過膜到空氣側(cè),水蒸氣壓力分布(或濃度分布)如圖2所示。在圖2中,膜--水界面處的水蒸氣分壓力為水溫下的飽和水蒸氣分壓力pw2,濃度為Cw2;而在空氣一側(cè),膜表面附近形成一個薄層,稱為壓力邊界層(或濃度邊界層),該層內(nèi)水蒸氣的分壓力梯度(或濃度梯度)很大,傳質(zhì)強列,邊界層以外為空氣主流,水蒸氣分壓力(或濃度)基本保持不變,為pw0(或Cw0)。依據(jù)質(zhì)傳遞理論,水蒸氣分子通過膜的傳質(zhì)過程可分為兩個階段:

  水蒸氣分子先以分子擴散的方式通過膜,根據(jù)多孔介質(zhì)內(nèi)分子擴散的理論求得分子擴散通量的表達

  水蒸氣分子通過膜以后,主要以對流擴散的方式與空氣進行質(zhì)傳遞,根據(jù)質(zhì)傳遞理論得出對流擴散通量的表達

  此即為計算通過透濕膜的水蒸氣分子通量(即理論加濕量)的公式。

  式中:aD--對流傳質(zhì)系數(shù),m/s;

  Dp--有效分子擴散系數(shù),m2/s;

  Rw--水蒸氣的氣體常數(shù),461.4J/(kg·K);

  δ--膜厚度,m;

  T2,pW2--水溫,K,及該水面下的飽和水蒸氣分壓力,Pa;

  T0,pW0--空氣溫度,K,及該溫度下的水蒸氣分壓力,Pa。

  由公式(6)及其推導過程發(fā)現(xiàn),對于一定的透濕膜和實驗裝置,影響透濕膜加濕性能的參數(shù)有:水溫tw、空氣干球溫度td和空氣流速v。

  4透濕膜加濕元件的結(jié)構(gòu)及加濕性能的實驗分析

  實驗用透濕膜為含有加強層的聚四氟乙烯膜。膜袋內(nèi)夾有一層塑料墊肉,形成水通路。波紋板既形成了空氣通路,又能支撐膜袋中水的重量,防止膜袋因通水而膨脹。將膜袋與波紋板疊放在一起,卷成螺旋狀,放入一金屬外殼中就形成了透濕膜加濕元件。該元件的膜蒸發(fā)表面積為3m2,通風截面積為0.015m2,實驗測得在所定標準工況下的加濕量為0.016kg/h。

  參照國內(nèi)外有關(guān)標準,建立了測試透濕膜加濕元件性能實驗臺,得出其加濕性能曲線(如圖3、4、5中實線所示),實驗結(jié)果和理論計算基本吻合。

  在風量、水溫及進口空氣含濕量保持不變的情況下,隨著空氣干球溫度td的升高,加濕量增大,并呈直線關(guān)系,實驗回歸方程為:

  條件:風量125m3/h,給水水溫50℃,入口空氣含濕量0.005kg/kg。

  在風量、入口空氣狀態(tài)保持一定的情況下,加濕量G隨水溫tw的升高而增大,呈二次曲線關(guān)系,回歸公式為

  條件:風量125m3/h,入口空氣干球溫度40℃,濕球溫度18.8℃。

  在給水水溫、入口空氣狀態(tài)保持不變的情況下,加濕量G隨風速v的增加而增加,但當風速增加到某一值時,加濕量將隨風速的繼續(xù)增大而減少,呈二次拋物線關(guān)系。

  條件:給水水溫50℃,入口空氣干球溫度40℃,濕球溫度18.8℃。

  5結(jié)論

  通過實驗和研究,進一步認識到透濕膜加濕器是一種潔凈、節(jié)能的新型加濕設(shè)備,它具有以下特點:

  加濕空氣時供給空氣的僅僅是水蒸氣,不含Ca2+、Mg2+及其它雜質(zhì),無白粉現(xiàn)象,能夠?qū)崿F(xiàn)干凈的加濕;

  初投資少,運行費用低,節(jié)能;

  結(jié)構(gòu)簡單,蒸發(fā)表面積大,加濕量明顯高于一般自然蒸發(fā)式加濕器;

  對加濕量有自行調(diào)節(jié)特性,加濕后的空氣不會出現(xiàn)過飽和現(xiàn)象。

  6參考文獻

  1人見不二夫,透濕膜加濕器につじて.冷凍,1988,63(724):88~94.

  2天津大學等合編.化工傳遞過程.北京:化學工業(yè)出版社,1980.

  3吳庸烈.膜蒸餾及其相關(guān)的過程.膜分離科學與技術(shù),1985,5(4).

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