船用转轮除湿空调除湿转轮的建模与性能研究

发布时间：2020-11-03 04:42

　　 船用转轮除湿空调系统可直接利用船舶废热做为系统的驱动热源而实现船舶节能;除湿转轮吸附去除处理空气中的水分,是整个转轮除湿空调系统的关键设备。本文根据质量守恒和能量守恒定律对除湿转轮的传热传质过程进行分析,并结合D-A方程对转轮干燥剂的吸附状态进行计算,从而建立除湿转轮的数学模型。在对该数学模型进行求解验证的基础上,利用数学仿真模型,对除湿转轮在不同工作条件下的性能进行模拟研究。首先,结合除湿转轮的基本工作原理和结构确立起仿真建模用的控制体;对除湿转轮的传热过程和传质过程分别进行描述分析,对转轮用干燥剂的吸附过程进行分析并介绍了五种不同类型的吸附等温线类型,为下一步转轮用干燥剂水蒸气吸附测试、吸附平衡分析以及除湿转轮的数学建模提供理论依据。其次,选择细孔硅胶做为除湿转轮的干燥剂,依据静态容积法的测试原理,使用Micromeritics 3Flex固体表面分析仪,测试并获得77K氮在硅胶上的吸脱附等温线,采用BET法、H-K法和BJH法表征硅胶结构;通过实验获取在0~1kPa范围内的20℃、30℃和40℃条件下水蒸气吸附等温线;依据测试结果确定具有微孔结构的硅胶吸附水蒸气的过程属于第III类吸附等温线,可使用D-A方程对其吸附过程进行数学描述;选用D-A方程对吸附数据进行模型分析,并对三组温度下的吸附等温线以相对压力作为变量进行拟合,拟合误差在5.5%以内,表明D-A方程可以准确地表述硅胶对水蒸气的吸附过程。最后,结合D-A方程所拟合出的干燥剂吸附模型建立起除湿转轮的数学模型,并通过除湿量参数的分析比较对所建立的数学模型进行验证,得到在变进口空气温度工况和变进口空气含湿量工况下的模拟误差分别为8%和6.3%,表明该数学模型具有合理性。利用所建立的数学模型对某除湿转轮(半径450mm×厚度200mm)进行性能的仿真研究,仿真分析结果表明,该除湿转轮在低温高湿环境下具有较好的除湿效果,随着处理空气入口温度由26℃增加到34℃,单位除湿量减少了1.6g/kg;再生温度在100℃~120℃的范围内对除湿性能的影响较低,仅考虑再生区向除湿区传热的情况下,随着再生温度升高,除湿转轮的单位除湿量逐渐降低;除湿转轮在4r/h~8r/h的转速范围内单位除湿量会随转轮转速增加而增大;当处理空气风量由500m~3/h增加到900m~3/h时,除湿转轮对单位体积质量空气的除湿量降低,故应当根据除湿转轮的几何尺寸来选取合理的处理空气风量。
【学位单位】：集美大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U664.86
【部分图文】：

则可冷却处理过后的空气；再生系统由再生风机以及再生空气加热器组成。其中，加热器的热源由船舶废气废热提供。图1-1 船用转轮除湿空调系统构成原理图Chen等[12]介绍了转轮除湿空调系统的最新发展情况，并分析讨论了应用于船舶上的四种转轮除湿空调系统的配套方案，得出先将新风与回风混合在一级除湿之前，再将混合空气通入除湿转轮的方案为船用转轮除湿空调系统的最优方案。研究还分析比较了船用转轮除湿空调系统的制冷量与常规空调系统的制冷量，结果表明船用转轮除湿空调系统所需的辅助制冷量仅为常规空调系统的47.1%。Zhu[13]使用正交分析法研究了不同参数对船用转轮除湿空调系统的影响。研究发现系统的热力性能系数COPth和系统 效率随再生温度的升高而降低，随着再生温度由80℃升高至140℃，热力性能系数COPth与系统 效率下降率分别为46.9%和38.8%。研究结果表明在空气温度较高，湿度较大的海洋环境中使用除湿转轮空调系统具有一定的优越性。苏鹏[14]等对一维瞬态模型进行模拟求解，分析了在不同再生温度

图 2-1 除湿转轮热湿处理过程除湿转轮的建模方法 建模用控制体图 2-2 所示，除湿转轮分为处理区与再生区，处理空气与再生空气分别从除湿转相向流入转轮。由于除湿转轮的空气流道程蜂窝状排列，每个空气流道的几何尺确定处理空气进口的状态，则在除湿转轮上沿空气流动方向上的所有的空气流道传递过程都是相同的，而且在除湿转轮转动过程中，在不同时刻，任何一个空气发生相同的传热传质过程，所以选取除湿转轮中的一个气流通道作为研究对象。下，再生区中的再生空气和除湿区中的处理空气是相向流动的。在除湿区中，处其较大的相对湿度而被干燥剂吸收其中的水分；再生空气则通过再生区对干燥剂处理，这是因为高温的再生空气具有能使水分从干燥剂上脱离的能力，从而使转燥剂得以再生。

图 2-2 除湿转轮结构示意图热质传递过程进行了长期的理论研究[41,42]。由于且传热传质状态在每一空气流道的任意位置处都道内的任一位置的传热传质过程及模型运算中的制体并对其进行分析。取长度为 dz 的控制体，气一个空气流道壁面都被两个空气流道所共用，且制体内包含一个气流通道以及厚度为δ/2 的周边。假定控制体的截面积为 A，空气流道的截面积体由附着干燥剂的基质和干燥剂组成，干燥剂的气流通道基体δA Ag
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本文编号：2868108