【摘要】：隨著生活水平的不斷改善,人們對(duì)室內(nèi)空氣環(huán)境的要求也隨之提高,其中溫度和濕度是影響室內(nèi)空氣環(huán)境的關(guān)鍵因素。在傳統(tǒng)空調(diào)的運(yùn)行過程中,為了滿足室內(nèi)濕度的要求,通常會(huì)將空氣溫度降至很低,同時(shí)為了達(dá)到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn),需要對(duì)空氣進(jìn)行再熱處理,造成部分能源損失。由于空氣中的水蒸氣具有荷電性,電滲析技術(shù)的引入有可能給濕空氣中的水蒸氣提供外加驅(qū)動(dòng)力,從而實(shí)現(xiàn)獨(dú)立除濕。本文結(jié)合電滲析技術(shù)和膜分離技術(shù),對(duì)電滲析空氣直接除濕過程進(jìn)行了研究。鑒于目前外加電場在除濕領(lǐng)域還未得到廣泛的應(yīng)用,因此本文主要采用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法。主要研究內(nèi)容如下:首先,在無機(jī)膜方面,氧化石墨烯是一種性價(jià)比良好的膜分離材料,在機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性等方面都表現(xiàn)優(yōu)異。因此探究電場作用下空氣中的水分子在氧化程度不同的氧化石墨烯膜中的擴(kuò)散過程。研究結(jié)果表明,當(dāng)電場強(qiáng)度從OV/m增大至109V/m,水分子在氧化石墨烯膜中的擴(kuò)散系數(shù)也隨之增大。尤其當(dāng)電場強(qiáng)度為109V/m時(shí),約為無電場作用下得到的擴(kuò)散系數(shù)的3倍。這是因?yàn)閺?qiáng)電場會(huì)破壞模擬體系中的部分氫鍵作用。同時(shí)在特定的電場作用下,當(dāng)水分子分別在碳氧比為0.2、0.3、0.4的氧化石墨烯膜中擴(kuò)散時(shí),得到的擴(kuò)散系數(shù)先增大后減小,尤其在碳氧比為0.3的氧化石墨烯膜中的擴(kuò)散效果最為明顯。這主要是因?yàn)樘佳醣葧?huì)影響膜表面的親水性能以及膜中的可擴(kuò)散空間。其次,在有機(jī)膜方面,聚酰亞胺是一種良好的氣體膜分離材料,在其結(jié)構(gòu)上含有氮芳雜環(huán)高分子,使其具有高透氣性和高選擇性等特點(diǎn)。因此探究電場作用下,空氣中水分子在聚酰亞胺膜中的擴(kuò)散過程。研究結(jié)果表明,當(dāng)電場強(qiáng)度分別為OV/m、106V/m、107V/m和109V/m時(shí),水分子在聚酰亞胺膜中的擴(kuò)散系數(shù)隨著電場強(qiáng)度的增大而增大。尤其當(dāng)外加電場強(qiáng)度為109V/m時(shí),約為無電場作用下得到的擴(kuò)散系數(shù)的2倍,但其變化的幅度小于水分子在碳氧比為0.3的氧化石墨烯膜中擴(kuò)散的變化幅度。這是因?yàn)閮烧叩哪そY(jié)構(gòu)特性不同,與聚酰亞胺膜相比,氧化石墨烯膜表面具有親水基團(tuán)。再次,在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中,絕大多數(shù)除濕設(shè)備在高溫高濕環(huán)境中的運(yùn)行效率比較低。因此探究溫度及相對(duì)濕度對(duì)于電場作用下水分子在氧化石墨烯膜中擴(kuò)散的影響。研究結(jié)果表明,在強(qiáng)電場作用下,當(dāng)溫度在270K至310K之間變化或相對(duì)濕度在30%至80%之間變化時(shí),水分子擴(kuò)散系數(shù)呈現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢。并在溫度為300K或相對(duì)濕度為60%的情況下,水分子在電場作用下的擴(kuò)散效果最為明顯。一方面是因?yàn)殡妶鲎饔脮?huì)影響水分子的布朗熱運(yùn)動(dòng),另一方面是因?yàn)樗肿釉谀ぶ锌勺杂蓴U(kuò)散的空間有限。最后,根據(jù)在各個(gè)不同的工況下模擬得到的結(jié)果可知,當(dāng)外加電場強(qiáng)度為109V/m時(shí),相較于無電場作用時(shí),水分子在除濕膜中的擴(kuò)散系數(shù)的增大幅度最為明顯。這初步表明電滲析技術(shù)用于空氣直接除濕系統(tǒng)是可行的,有可能成為未來除濕技術(shù)的一部分,為以后的實(shí)驗(yàn)探究進(jìn)行了理論基礎(chǔ)的鋪墊。
【圖文】：

鍵勢能函數(shù)在截?cái)喟霃教幍膭菽苤挡粸榱愕那闆r，圖２－２所示。利用開關(guān)函數(shù)使得曲線的樣條寬度的勢能達(dá)到要求。逡逑Ｕ—非鍵勢能，ＥＷ逡逑１邐：聯(lián)函敫．Ｓ＆），逡逑ｒ—＼一一一一一ｔＹ逡逑｜0．ａ－ｌ邐＾逡逑Ｓ邐＼邋Ｅ（ｒ）＊Ｓ（ｒ）邋逡逑＜ｒｎＥ邐＼逡逑截?cái)噱澹峰义希慑鍢訔l寬度邋ｐ邐＞逡逑緩沖區(qū)寬度逡逑圖２－２邋４肖鍵截?cái)嗑嚯x和開關(guān)函數(shù)逡逑步長逡逑

離［５２］進(jìn)行計(jì)算量的控制。ｇ模擬體系中粒子間的距離比設(shè)定的截作用視為零。一般情況下，截?cái)喟霃讲粦?yīng)大于模擬系統(tǒng)邊界長度的作用范圍如圖２－１所逡逑＿逡逑圖２－１截?cái)喟霃降淖饔梅叮?

本文編號(hào)：2677704