船用轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)可直接利用船舶廢熱做為系統(tǒng)的驅(qū)動熱源而實現(xiàn)船舶節(jié)能;除濕轉(zhuǎn)輪吸附去除處理空氣中的水分,是整個轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。本文根據(jù)質(zhì)量守恒和能量守恒定律對除濕轉(zhuǎn)輪的傳熱傳質(zhì)過程進行分析,并結(jié)合D-A方程對轉(zhuǎn)輪干燥劑的吸附狀態(tài)進行計算,從而建立除濕轉(zhuǎn)輪的數(shù)學(xué)模型。在對該數(shù)學(xué)模型進行求解驗證的基礎(chǔ)上,利用數(shù)學(xué)仿真模型,對除濕轉(zhuǎn)輪在不同工作條件下的性能進行模擬研究。首先,結(jié)合除濕轉(zhuǎn)輪的基本工作原理和結(jié)構(gòu)確立起仿真建模用的控制體;對除濕轉(zhuǎn)輪的傳熱過程和傳質(zhì)過程分別進行描述分析,對轉(zhuǎn)輪用干燥劑的吸附過程進行分析并介紹了五種不同類型的吸附等溫線類型,為下一步轉(zhuǎn)輪用干燥劑水蒸氣吸附測試、吸附平衡分析以及除濕轉(zhuǎn)輪的數(shù)學(xué)建模提供理論依據(jù)。其次,選擇細孔硅膠做為除濕轉(zhuǎn)輪的干燥劑,依據(jù)靜態(tài)容積法的測試原理,使用Micromeritics 3Flex固體表面分析儀,測試并獲得77K氮在硅膠上的吸脫附等溫線,采用BET法、H-K法和BJH法表征硅膠結(jié)構(gòu);通過實驗獲取在0~1kPa范圍內(nèi)的20℃、30℃和40℃條件下水蒸氣吸附等溫線;依據(jù)測試結(jié)果確定具有微孔結(jié)構(gòu)的硅膠吸附水蒸氣的過程屬于第III類吸附等溫線,可使用D-A方程對其吸附過程進行數(shù)學(xué)描述;選用D-A方程對吸附數(shù)據(jù)進行模型分析,并對三組溫度下的吸附等溫線以相對壓力作為變量進行擬合,擬合誤差在5.5%以內(nèi),表明D-A方程可以準確地表述硅膠對水蒸氣的吸附過程。最后,結(jié)合D-A方程所擬合出的干燥劑吸附模型建立起除濕轉(zhuǎn)輪的數(shù)學(xué)模型,并通過除濕量參數(shù)的分析比較對所建立的數(shù)學(xué)模型進行驗證,得到在變進口空氣溫度工況和變進口空氣含濕量工況下的模擬誤差分別為8%和6.3%,表明該數(shù)學(xué)模型具有合理性。利用所建立的數(shù)學(xué)模型對某除濕轉(zhuǎn)輪(半徑450mm×厚度200mm)進行性能的仿真研究,仿真分析結(jié)果表明,該除濕轉(zhuǎn)輪在低溫高濕環(huán)境下具有較好的除濕效果,隨著處理空氣入口溫度由26℃增加到34℃,單位除濕量減少了1.6g/kg;再生溫度在100℃~120℃的范圍內(nèi)對除濕性能的影響較低,僅考慮再生區(qū)向除濕區(qū)傳熱的情況下,隨著再生溫度升高,除濕轉(zhuǎn)輪的單位除濕量逐漸降低;除濕轉(zhuǎn)輪在4r/h~8r/h的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)單位除濕量會隨轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速增加而增大;當處理空氣風(fēng)量由500m~3/h增加到900m~3/h時,除濕轉(zhuǎn)輪對單位體積質(zhì)量空氣的除濕量降低,故應(yīng)當根據(jù)除濕轉(zhuǎn)輪的幾何尺寸來選取合理的處理空氣風(fēng)量。
【學(xué)位單位】：集美大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：U664.86
【部分圖文】：

則可冷卻處理過后的空氣；再生系統(tǒng)由再生風(fēng)機以及再生空氣加熱器組成。其中，加熱器的熱源由船舶廢氣廢熱提供。圖1-1 船用轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成原理圖Chen等[12]介紹了轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)的最新發(fā)展情況，并分析討論了應(yīng)用于船舶上的四種轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)的配套方案，得出先將新風(fēng)與回風(fēng)混合在一級除濕之前，再將混合空氣通入除濕轉(zhuǎn)輪的方案為船用轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)的最優(yōu)方案。研究還分析比較了船用轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)的制冷量與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的制冷量，結(jié)果表明船用轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)所需的輔助制冷量僅為常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的47.1%。Zhu[13]使用正交分析法研究了不同參數(shù)對船用轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)的影響。研究發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的熱力性能系數(shù)COPth和系統(tǒng) 效率隨再生溫度的升高而降低，隨著再生溫度由80℃升高至140℃，熱力性能系數(shù)COPth與系統(tǒng) 效率下降率分別為46.9%和38.8%。研究結(jié)果表明在空氣溫度較高，濕度較大的海洋環(huán)境中使用除濕轉(zhuǎn)輪空調(diào)系統(tǒng)具有一定的優(yōu)越性。蘇鵬[14]等對一維瞬態(tài)模型進行模擬求解，分析了在不同再生溫度

圖 2-1 除濕轉(zhuǎn)輪熱濕處理過程除濕轉(zhuǎn)輪的建模方法 建模用控制體圖 2-2 所示，除濕轉(zhuǎn)輪分為處理區(qū)與再生區(qū)，處理空氣與再生空氣分別從除濕轉(zhuǎn)相向流入轉(zhuǎn)輪。由于除濕轉(zhuǎn)輪的空氣流道程蜂窩狀排列，每個空氣流道的幾何尺確定處理空氣進口的狀態(tài)，則在除濕轉(zhuǎn)輪上沿空氣流動方向上的所有的空氣流道傳遞過程都是相同的，而且在除濕轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動過程中，在不同時刻，任何一個空氣發(fā)生相同的傳熱傳質(zhì)過程，所以選取除濕轉(zhuǎn)輪中的一個氣流通道作為研究對象。下，再生區(qū)中的再生空氣和除濕區(qū)中的處理空氣是相向流動的。在除濕區(qū)中，處其較大的相對濕度而被干燥劑吸收其中的水分；再生空氣則通過再生區(qū)對干燥劑處理，這是因為高溫的再生空氣具有能使水分從干燥劑上脫離的能力，從而使轉(zhuǎn)燥劑得以再生。

圖 2-2 除濕轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)示意圖熱質(zhì)傳遞過程進行了長期的理論研究[41,42]。由于且傳熱傳質(zhì)狀態(tài)在每一空氣流道的任意位置處都道內(nèi)的任一位置的傳熱傳質(zhì)過程及模型運算中的制體并對其進行分析。取長度為 dz 的控制體，氣一個空氣流道壁面都被兩個空氣流道所共用，且制體內(nèi)包含一個氣流通道以及厚度為δ/2 的周邊。假定控制體的截面積為 A，空氣流道的截面積體由附著干燥劑的基質(zhì)和干燥劑組成，干燥劑的氣流通道基體δA Ag
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