用于空气湿度控制的异形膜流道内流体流动与传热研究

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1、硕士学位论文用于空气湿度控制的异形膜流道内流体流动与传热研究作者姓名陈升学科专业工程热物理指导教师刘金平教授杨敏林教授所在学院电力学院论文提交日期2015年5月StudyonthefluidflowandheattransferinabnormalmembranechannelsusedforairhumiditycontrolADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ChenShengSupervisor：Prof.LiuJinpingProf.YangMinlinSouthChinaUniversityofT

2、echnologyGuangzhou,China分类号：TK11+4学校代号：10561学号：201220110290华南理工大学硕士学位论文用于空气湿度控制的异形膜流道内流体流动与传热研究作者姓名：陈升指导教师姓名、职称：刘金平教授杨敏林教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：工程热物理研究方向：制冷空调系统的优化设计与控制论文提交日期：2015年5月10日论文答辩日期：2015年6月7日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：梁德青委员：刘金平杨敏林甘云华楼波摘要传统的空气湿度处理技术由于存在能耗高或被处理后空气夹带液滴的问题，已越来越难以满

3、足空气湿度处理的高要求。而以膜接触器为核心部件的膜空气湿度控制系统则能较容易达到空气湿度处理的高要求。一般膜接触器可分成平板式和中空纤维式，且按不同布置形成不同类型的膜流道。通常，受实际制作安装和运行的影响，平板膜接触器的流道通常并非严格的矩形，而是出现下凹面或其它形状；中空纤维膜的排布也并非规则的而是随机分布形式。本文将以异形膜流道为对象，利用数值模拟和实验方法研究有形变四边形膜流道、六边形膜流道和椭圆形中空纤维膜位置和角度随机分布的膜流道内流体流动与传热的特征，探索异形膜流道内流体流动和传热的规律。(1)在有形变的四边形膜流道中，研究了不同下凹幅度和不同长宽比下流道内流

4、体流动和传热的特征，发现在流体为空气的流道内，膜变形量Δh越大，流体在该形变量流道内流动的阻力越大，流道的(fRe)m越大；在同一膜变形量Δh值下，流道的Num随着b/a的增大而减小。同一流道内，LiCl溶液的Num比水的大52.39%-60.15%。(2)六边形膜流道中，研究不同高度和不同入口边长的流道，发现随着流道高度的增大、入口边长的变小、流体流动雷诺数的提高，流体在流道内越容易产生流动静止区和回流区；在空气流道内当流动雷诺数小于550时，流道高度和入口边长越小，流道传热效果越好；对于水或除湿溶液，流道高度和流动雷诺数越大，流道内的传热效果越好。(3)对于空气横掠随机

5、分布椭圆中空纤维膜接触器的纤维膜管束，随机模型的平均阻力系数比规则模型的大30.5%-89.8%，平均努塞尔数约比规则分布模型的小5.5%-61.1%。随机模型的流体传热和流动综合性能比规则模型的差。(4)对于空气在壳侧沿着轴向通过椭圆形中空纤维膜位置和角度随机分布的膜接触器，椭圆形纤维膜的半径比b/a、位置的随机分布、纤维膜的旋转角度都对壳侧流体的流动和传热有影响，其中纤维膜位置的随机分布影响最大；在不同纤维膜填充密度下，随机分布椭圆形中空纤维膜接触器内壳侧的(fRe)C和NuC比规则模型内的小24.7%-65.4%及19.5%-91.8%。本文通过研究异形膜流道内流体流

6、动与传热特征，得到相应的准则数，为对应的膜空气湿度控制系统的结构设计和优化及性能评估提供参考。关键词：膜接触器；异形膜流道；随机分布；流体流动；传热IAbstractThetraditionalairhumiditycontroltechnologyismoreandmoredifficulttomeetthepeople’sincreasingdemandbecauseofitshighenergyconsumptionortheliquiddropletsentrainedinprocessedair.Fortunately,themembranesystemwithm

7、embranecontactorasitscorecomponentsusedinairhumiditycontrolcaneasilymeetthehighrequirements.Generally,therearetwotypesofmembraneinthecontactor,theparallelplatemembraneandthehollowfibermembrane.Accordingtodifferentarrangementofthemembrane,itcanformvarioustypeso