除湿换热器结构尺寸及其热湿传递特性的实验研究

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1、除湿换热器结构尺寸及其热湿传递特性的实验研究摘要建立了通用型除湿换热器测试平台，对两种翅片长度的除湿换热器（LDCHE和SDCHE）涂覆干燥剂前后的传热传质性能进行了测试研究。研究结果表明，与普通换热器相比，除湿换热器由于干燥剂涂层的影响，其传热能力削减30%，压降增加60%。其他结构尺寸不变，翅片长度增加一倍时，除湿换热器传热系数减少50%，除湿效果提高40%，压降增加80%，除湿与再生的能效比均降低。增加翅片长度能够强化除湿效果，但传热性能降低，能耗增加。关键词除湿换热器；翅片长度；传热传质；能效比；压降0前言除湿换热器（Desiccantcoatedheatexchange

2、r）以管翅式换热器作为载体，将固体干燥剂涂覆于翅片表面。在除湿过程中，湿空气流经翅片表面，其中的水蒸气被涂覆的固体干燥剂吸附。同时，在此过程中产生的吸附热被换热器管内冷却水循环快速带走，以内冷的方式减少吸附热引起的不可逆损失，近似实现等温除湿过程。固体干燥剂逐渐吸湿饱和后，除湿换热器管内改通以高温热水，使得固体干燥剂脱附再生并重新具备除湿能力[1]。由于硅胶的再生脱附温度较低，因此可以利用太阳能、工业废热、热泵冷凝热等低品位热源进行驱动。近几年国内外学者分别从干燥剂优选[2]、除湿换热器性能测试[3-4]、数值分析[5]、数学建模[6]和系统应用[7]等多方面进行了大量的研究。显

3、而易见，影响除湿换热器热湿传递性能的因素是多方面的，不仅包含涂覆材料、涂覆工艺、运行工况及其对应的运行策略等因素，除湿换热器其本身的结构尺寸（包括翅片长度、间距、形状和管排方式等）也是值得深入研究的重点。为了进一步研究除湿换热器的热湿传递及其耦合特性，作者在前人研究的基础上搭建了通用型除湿换热器测试平台（以下简称“平台”）。一方面，可以在变工况的条件下研究和验证不同因素对除湿换热器的性能影响；另一方面，也使得研究工作进行的更加高效，避免不必要的重复和浪费。本文通过对该实验平台的初步测试研究，重点考察了除湿换热器结构尺寸中的翅片长度对其热湿传递的性能影响。1测试平台介绍1.1测试平

4、台原理基金项目：自然科学基金重点项目51336004图1和图2分别为通用型除湿换热器测试平台的系统原理图和实际外观图。测试平台主要由三部分构成，分别是热水循环单元、冷却水循环单元以及测试风道。热水循环单元主要由热水循环泵、电加热器和储热水箱组成，通过自动调整电加热器的功率来满足对不同温度再生热水的需求。冷却水循环单元是将低温恒温槽中的冷却水通过冷却水循环泵提供给系统。处理风道由空气管路（截面尺寸：500mm×500mm）、空气电加热器、加湿器、风机组成。空气管路入口处放置电加热器和加湿器，可以根据实验需要模拟不同环境工况，并在风机的作用下变频控制风量。需测试的除湿换热器可以通过模

5、块化的方式，在一定范围内实现任意、方便的组合和更换，以达到平台其设计初衷。图1通用型除湿换热器测试平台原理图图2通用型除湿换热器测试平台外观图以上所述单元之间由电磁阀、水管等其他辅助设备连接，并对测试平台进行保温处理。测试平台主要设备的性能参数如表1所示。表1测试平台主要设备性能参数表部件数量参数除湿换热器N(视测试情况而定）单个除湿换热器的长×高×宽=X×300mm×300mm储热水箱1容量：30L最大流量：28m3/h最大扬程20m额定功率：5kW,220V低温恒温槽1容量：30L最大流量：4m3/h最大扬程：8m额定功率：2.9kW,220V风机1最大流量：800m3/h额

6、定功率：500W,220V表2除湿换热器尺寸参数表名称数值/m翅片长度0.044/0.088翅片宽0.3截面高0.3翅片厚度0.00015翅片间距0.002铜管外径0.01铜管内径0.00952铜管纵向间距0.022铜管横向间距0.02541.2数据测量与采集在不同工况条件下，测试平台在实验过程中需要测量的变量参数包括：1）空气侧：除湿换热器进、出口空气干球温度（oC）和相对含湿量（%RH）；处理空气风速（m/s）；进出口空气压损（Pa）；2）水侧：循环水流量（kg/s）；循环水进出口温度（oC）。Agilent34972A数据采集器进行数据采集。表3列出了测试平台中所采用的传感

7、器的规格和主要性能参数。表3测试平台测量仪器设备性能参数测量参数传感器误差测量范围温度PT100温度传感器±0.1oC0-200oC相对湿度湿度传感器±2%RH0-100%水流速电磁流量计±1.0%1-5m/s压损微压差传感器±1.0%0-100Pa空气流速热线风速仪±0.015m/s0-50m/s2除湿换热器性能评价指标从四方面进行除湿换热器的性能分析和评价：除湿换热器的传热能力，除湿换热器的除湿能力，除湿换热器除湿能效比与再生能效比以及进出口空气的压损。2.1传热能力评价在传