真空条件下除湿溶液再生的模拟与实验分析

真空条件下除湿溶液再生的模拟与实验分析除湿溶液的高效再生是除湿空调系统运行的重要保障。为研究除湿溶液的再生效率，将真空技术应用于溶液的再生过程，搭建了真空条件下的除湿溶液再生试验台。真空再生罐由低温热水提供所需热量，蒸发的水蒸汽在捕水器中凝结。在一定真空度下，分析了溶质质量分数、热水温度、冷水温度等不同因素对再生性能的影响。以水分蒸发率作为评价指标。实验台操作压力为5kPa，溶质质量分数取值为28%～34%，热水温度区间为56～62℃，冷水温度区间为14～20℃。实验结果说明：溶质质量分数和热水温度对蒸发率的影响较为显著，热水由56℃增加到62℃，蒸发率提高了34.5%。利用混合模型和自定义函数对再生过程开展了数值模拟，模拟结果与实验结果基本吻合。

除湿空调系统将房间内的热湿负荷分开处理，不仅能保证室内空气品质，而且比传统空调系统可节约电能50%。液体除湿空调因其可滤除空气杂质、可利用低品位热源、除湿过程连续、具有蓄能潜力等优势而受到广泛关注，已在档案室、工业厂房等不同领域得到广泛应用。

除湿溶液的再生过程是系统的核心环节之一，目前溶液的再生方式主要有太阳能集热再生、废热余热回收再生、电加热再生等。Alosaimy等利用平板式太阳能热水器研究了液体除湿剂的再生性能，发现利用太阳能可使30%质量分数的CaCl2溶液再生到50%。Mehta等利用太阳能真空集热管作为再生器，研究说明在***强度为509～752W/m2时平均COP到达0.82，当再生温度为117℃时，太阳能集热效率达44.7%，水蒸发速率为5.14kg/h。Bassuoni采用叉流式填料塔研究了CaCl2溶液的除湿和再生系统，发现采用电加热方式年运行费用比传统蒸汽压缩方式节约31.2%。李永存等利用-12～-4℃的空气开展了冬季工况下的再生实验，分析了空气和溶液的入口参数对再生器性能的影响。真空技术在蒸馏提取、食品储藏等领域应用较多，如低压提取工艺、真空干燥、真空速冻等，但在真空条件下实现除湿溶液再生的研究文献却很少。

本文提出一种基于真空环境下的新型除湿溶液再生装置，通过模拟和实验结果比照，分析再生性能的影响因素。

1、数值模拟

除湿溶液的沸腾再生主要是水分蒸发相变的传热传质过程，利用CFD软件的混合模型对再生过程开展模拟。再生过程中溶液质量不断发生变化，需要编写用户自定义函数(User-DefinedFunctions)指定相间的质量传递，并输入到软件中。液相的质量源为

能量主要伴随着质量而传递，混合相的能量源为

式(1)-式(3)中，αl为液相容积率；ρl为液相密度；Tl为液相温度；Tsat为液相饱和温度；ΔH为液相的焓值变化。

假设侧壁面保持绝热，没有热量损失，蒸发的水蒸汽中不含液滴，不考虑不凝性气体的影响。根据实验台条件，模拟的操作压力设定为5kPa。底部加热采用控制壁面热流密度的方式，侧壁面热流密度为0，选择压力出口边界条件。

溶液的饱和温度受压力和溶质质量分数的影响，表1给出了在5kPa压力下不同溶液的饱和温度。

表1溶质质量分数与饱和温度之间的关系

再生器为圆筒形，直径为800mm，高为1000mm。再生溶液的溶质质量分数为28%～34%，模拟得到加热量为7～11kW时的蒸发率如图1所示。

从图1可知，当溶质质量分数一定时，随着加热量的增加，水分蒸发率呈上升趋势；当加热量一定时，增加LiCl质量分数，蒸发速率逐渐减小。这是因为随着加热量增加，过热度增大强化了沸腾特性，从而使传质系数增大。而质量分数越大，其饱和温度Tsat也越高，减小了传热温差，使沸腾特性减弱。另外，溶液的粘度系数和表面张力等物性参数与溶质质量分数成正比，质量分数增加，分子间的作用力变大，气泡贯穿液相的阻力随之增大，从而影响了相间的传质系数，使水分蒸发速率减小。

图1水分蒸发率模拟结果

5、结束语

在一定真空条件下研究了除湿溶液的再生过程，利用正交实验方案分析了溶质质量分数、热水温度等因素对水分蒸发率的影响，得到如下结论：

(1)水分蒸发率受溶质质量分数和热水温度的影响较大。溶质质量分数由28%增大到34%，蒸发率减小16.2%；蒸发率与热水温度成正比，热水温度由56℃增加到62℃，蒸发率增加34.5%，而热水流量的影响相对较小。

(2)冷水流量与冷水温度的改变影响捕水器的效率，间接影响水分蒸发率。增大冷水流量能减小真空再生罐内的水蒸汽分压力，提高蒸发率；相反，冷水温度升高会减小