于NTU的太阳能溶液集热再生器性能分析

《于NTU的太阳能溶液集热再生器性能分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

万方数据第59卷第11期化工学报V01．59No．112008年11月JournalofChemicalIndustryandEngineering(China)November2008基于NTU的太阳能溶液集热／再生器性能分析彭冬根，张小松(东南大学能源与环境学院，江苏南京210096)摘要：太阳能溶液集热／再生器是集太阳能光热转化和溶液再生于一体的装置，它能有效实现太阳能溶液除湿蒸发冷却系统的溶液再生。通过自定义总温差(△To)和量纲1散热系数(也)两个变量，得到以传热单元数为自变量的量纲l耦合传热、传质模型，并通过与相关实验对比对模型进行了验证。通过对空气和溶液入口参数变化对溶液集热再生性能影响分析，发现空气入口温度提高120C、湿度降低12g·kg～，溶液出口浓度升幅分别提高30％和70％以上；溶液入口温度提高30℃，溶液出口浓度升幅提高160％以上。对4组量纲群分析，得到传热单元数NTU、流量比ASMR、总温差△To和Lewis数k的增加都能促进溶液再生。逆流再生比顺流再生的出口浓度增幅能提高10％左右。关键词：太阳能溶液集热／再生器；总温差；量纲1散热系数；传热单元数NTU中图分类号：TK511．3文献标识码：A文章编号：0438—1157(2008)11—2875一09Analysisofperformanceofsolarliquidcollector／regeneratorbasedonNTUPENGDonggen，ZHANGXiaosong(SchoolofEnergyandEnvironment，SoutheastUniversity，Nanjing210096，Jiangsu，China)Abstract：SolarliquidcoUector／regeneratorcombinessolarphotothermictransformationandliquidregeneration，effectivelyachievingliquidregenerationforsolarenergy—drivenliquiddesiccantcoolingsystems．InthispaperagroupofdimensionlessheatandmasstransferequationsdescribingtheheatandmasstransferprocessesinthesolarliquidC／Rcanbeobtainedbydefiningtotaltemperaturedifference(ATo)anddimensionlessheatlosscoefficient(h。)andvalidatedbycomparingwiththerelatedexperimentaldata．Throughtheanalysisofeffectofinletparametersofairandsolutionontheregenerationperformance，itwasfoundthatwhentheairinlettemperatureroseby12℃andhumidityratiodecreasedby12g·kg～，theincrementofoutletconcentrationofsolutionincreasedbyabove30％and70％respectivelyandwhenthesolutioninlettemperatureroseby30"C，theincrementofoutletconcentrationofsolutionraiseincreasedbyabove160％．Fromtheeffectoffourkindsofvariablegroups，theincreaseofnumberofheattransferunits(NTU)，flowrateratio，totaltemperaturedifference△ToandLewisfactorLecouldpromotetheregenerationofsolution．Comparedtotheparallel—currentregeneration，theincrementofsolutionconcentrationinthecounter-currentregenerationcasecouldincreasebyabout10％．Keywords：solarliquidcollector／regenerator；totaltemperaturedifference；dimensionlessheatlosscoefficient；numberofheattransferunits(NTU)z008—04一14收到初稿。2008--06--04收到修改稿。联系人：张小松。第一作者：彭冬根(1975一)，男，博士研究生。基金项目：国家自然科学基金项目(50676018，20206019)I江苏省普通高校研究生科研创新计划项目(CX07B一095z)．Receiveddate：2008—04—14．Correspondingauthor：Prof．ZHANGXiaosong．E—mn：rachpe@seu．edu．cnFoundationItem：supportedbytheNationalNaturalSd∞ceFoundationofChina(50676018．20206019)andthe0megeGraduateSdmtificResearchInnovadonPr(鲫ofJiar．suPlXy面Joe(CX07B095z)． 万方数据化工学报第59卷引言太阳能溶液除湿蒸发冷却空调系统[1。3]是一种利用太阳能低温(60～80'C)热源驱动、以自然工质——空气或水为制冷剂的空调系统。在该种空调系统中，太阳能集热和溶液再生装置是其中两个重要部件，是太阳能溶液除湿蒸发冷却空调技术进入市场化应用中必须要研究的。太阳能集热和溶液再生可以分开设置n】，称为间接溶液再生，但近年来国内外较多学者将太阳能集热和溶液再生相结合构建太阳能溶液集热／再生装置，称为直接溶液再生，它包括自然和强迫对流两种装置。早在1979年，Collier[51对自然对流集热／再生器进行研究，发展了自然对流时水蒸发率的解析方法；Kakabayev等[63建立了一套太阳能溶液除湿冷却空调系统，其中溶液再生就是采用自然对流的直接溶液再生；Haim等"’对比了直接溶液再生和使用太阳能空气集热器的间接溶液再生性能；Yang等¨10J对机械对流的太阳能集热／再生器进行大量实验和理论研究，得到关于顺、逆流强迫溶液再生和玻璃盖板高度对溶液再生性能影响等相关研究成果；Alizadeh和Saman[11-z23提出了一个关于水蒸发率的理论计算模型并且建立了实验装置进行检验；Kabeel[”]对比了自然和强迫对流的性能；在新型太阳能溶液再生装置研究上，Peng等口"提出了一套空气预除湿的太阳能溶液直接再生系统，它能较好克服室外高湿天气对溶壤再生的不利影响。在太阳能集热／再生器研究方面，虽然不少学者对其进行理论和实验研究，但都拘泥于一定物理尺寸的集热／再生器，其研究结果不具普遍适用性。本文通过自定义量纲1空气散热系数和总温差两个变量，对太阳能集热／再生的传热、传质方程进行量纲1化，得到以传热单元数NTU为自变量的量纲1传热、传质模型，在此基础上对影响太阳能集热／再生器性能因素进行研究，该研究结果更具普遍应用价值。1新型太阳能溶液制冷空调系统图1为新型太阳能溶液除湿冷却系统的流程，该系统中的三大核心部件是太阳能溶液集热／再生器、空气除湿器和蒸发冷却器。整个流程由两个子循环组成：空气循环和溶液循环。空调空气(包括回风和新风)经过溶液除湿器后常温冷却，进入直接蒸发冷却器进行降温处理达到房间空调所要求的送风点后进入室内，空气在室内升温、增湿后其中一部分回到除湿器完成空气循环。在空气除湿器里，常温状态下高浓度的除湿溶液与被处理空气直接接触，由于除湿溶液表层的水蒸气分压力比被处理空气水蒸气低得多，所以空气中的水蒸气以对流传质的方式进人溶液表层，进而被溶液吸收。从除湿器内出来的稀溶液经过溶液热交换器升温后进入太阳能集热／再生器内进行进一步的加热温升，达到再生温度后进行再生，在集热／再生器内水蒸气输送过程正好与在除湿器内相反，温度较高、浓度较低的溶液与环境空气直接接触，此时溶液表层水蒸气分压力高于湿空气表层水蒸气分压力，因而溶液里面的水蒸气不断传质至空气中，完成除湿溶液的再生过程，再生后的浓溶液流经溶液热交换器降温，并通过冷却水的二次降温恢复除湿能力后重新进入除湿器内对需处理空气进行除湿完成溶液循环。图中的电加热器是一种辅助热源，只在阴雨天使用。团dry-bulbtemperaturepoint；国airflowmetcr；蛰pump；田liquidflowmeter；o●一、0liquidtank；酋cIectricalheater：@heatexchanger；衄plate．typeheat“changer图1新型太阳能溶液除湿冷却流程Fig．1Flowchartofnovelsolarliquiddesiccantc00lingsystem 万方数据第11期彭冬根等：基于NTU的太阳能溶液集热／再生器性能分析2数值模拟模型根据文献[12]对太阳能集热／再生器的物理模型假设，本文中太阳能集热／再生器传热、传质模型假设如下：(1)只考虑沿集热／再生器高度方向的一维传热、传质问题；(2)忽略集热／再生器背部散热量，只考虑通过玻璃盖板散热；(3)忽略扩散传热、传质；(4)太阳辐射的热量定义为一定常热流输入。溶液和空气顺流工况时的传热、传质如图2所示，当两者为逆流时，只是空气流动方向颠倒，其他参数保持不变。G，瓦，K工，五，xlG瓦+d瓦L+dKlL+dL无+dT,工+dx图2溶液和空气顺流耦合传热、传质示意图Fig．2SchematicdiagramofheatandInasstransferinsolarliquidcollector／regenerator根据以上假设可得到太阳能集热／再生器在顺流和逆流两种模式下耦合传热、传质过程的控制方程8W—h。dA(LL—L)(1)8Q=hdA(To—L)(2)C,dY。以=3W=一dL(3)dL=南dx(4)艿Q—G(c加+y|‘")dT,觅+Q"(L—T-)dyI一吼dA一0(5)8Q+Lc"dT．+Gh。dY．以一I．dA=0(6)q．=h：(丁-一To)(7)式(1)～式(7)完整描述了太阳能集热／再生器内一维传热、传质过程，但为了使各变量能基于传热单元数NTU进行分析，需对以上方程进行量纲1化，在此之前，特引入以下变量群。空气盐分流量比ASMR=GI[L(1一工)]表征空气和溶液中盐分的质量流量比。水蒸气空气比热容比R“=‘"／c，。表征水蒸气和干空气之间的比热容比。空气溶液热容率比C’=＆"／(Lcp。)表征空气和溶液之间的热容率比值。标准吸收热瓦一九／c舶表征溶液吸收(或蒸发)水蒸气所吸收热量与空气比热容比值。微元传热单元数dNTU=hdA／(Gc加)表征空气的微元传热单元数。Lewis数Le=h／(h。c“)表征溶液与空气之间传热、传质强度比。量纲l温度口一(T—L)／元。量纲1空气散热系数万；=也／h总温差△To=I．／h量纲1总温差AOo一△瓦／-．在以上变量中，量纲1温度0定义为集热／再生器内溶液(空气)温度T和参考温度(T，)的差值与标准吸收热h，的比值，本文参考温度T，取为环境空气温度瓦。另外，本文构建两个变量——^：和△To。量纲1空气散热系数^：定义为集热／再生器内空气与周围环境综合对流传热系数h。除以空气与溶液之间对流传热系数h，它反映了太阳能集热／再生器通过对流向周围环境散失热量的大小，由于h：<^，因而h：<1。总温差△丁0定义为溶液自太阳有效辐射热量J。与空气对流传热系数h之比，它的物理含义为在集热／再生器高度方向上，当空气湿度和溶液达到平衡时，溶液与空气间停滞传质作用，溶液自太阳辐射的净得热量J。完全由溶液和空气间的显热传递消耗，此时在溶液和空气之间存在的传热温差称为总温差。它是在相同太阳辐射的净得热量J。下，溶液和空气之间所能产生的最大传热温差。 万方数据·2878·化工学报第59卷将以上10个变量代入式(1)～式(7)，可整理得到溶液和空气之间4个量纲1传热、传质微分方程一dO．dNTU=志『丛掣(见加五见-．——2丁ji瓦：E【—————]二——一L乩一％J一也％l瓯(8)盎=C。[_(0j--扯乌笋+矾](9)志一箜掣(h—yI)(10)dNTU，k一“。7⋯7揣一或掣⋯)式(8)～式(11)以沿太阳能集热／再生器高度方向变化的传热单元数NTU，为自变量，得到溶液和空气的量纲1温度0、溶液含水比z和空气湿度y。传热、传质耦合微分方程。通过数值求解即可得到溶液温度、浓度和空气温度、湿度随传热单元数NTU：的变化关系，当NTU：一0时，可得到逆流时空气出口状态参数；或NTU：=NTU时，可得到逆流时溶液出口参数，顺流时空气和溶液出口参数。为了使量纲1控制方程的数值解与实验结果能进行比较，还需列出h、h。、h：变量计算式。空气和室外环境间的传热系数^；为1／h：=1／h+1／h，(12)文献[15]给出了室外空气和玻璃盖板间对流传热系数h，的计算式h，=(5．7+3．8v)／1000(13)空气和溶液、玻璃盖板间的对流传热系数h采用Nusselt数计算，紊流见文献[16]，层流为Nu一警：8．23(14)对流传质系数和传热系数间的关联式为k2刁》(15)ch-Le⋯3模型验证为了验证模型的正确性，有必要将理论计算值和实验值进行对比，Alizadeh和Saman[1u构建了一台1m×2m的太阳能集热／再生器，并对它进行了系列的顺流再生实验。下文将从Alizadeh的实验结果中选出一组数据与本文的理论模拟值进行比较。被选取的实验工况为：空气人El温度L．t一31℃、湿度Y。一0．0096kg·kg～，溶液(氯化钙，其物性参数见文献[17])人IZ：l温度T3’i=34℃、浓度C岫一37％，太阳辐射强度J=1．22kW·m～，溶液流量L=225kg·h-’，空气流量范围G=100～500kg·h～。分别将实验值和理论值中的空气、溶液进出口温度增量△丁a、△T。和溶液中水蒸气的蒸发率W作为比较对象，如图3所示。图中显示，由于△L实验测量误差较大以致空气出口温度增量的实验值和理论值差距较大，但两者的变化趋势是一致的；溶液出口温度增量△t和蒸发率w的实验值和理论值较好吻合，从而说明理论模型的正确性。图中的横坐标上一行刻度为空气质量流量，下一行刻度为与其对应的传热单元数。p、譬司心司50loo150200250300350400450500G／kg·h-11．2l1．020．920．850．800．760．730．710．69NTU图3理论值和实验值比较Fig．3Comparisonoftheoreticalandexperimentalvalues一，．theoreticalW：oexperimentalW；⋯一theoreticalA乃：·experimentalA死；一theoreticalaT,；^experimentalAT,4结果与讨论为了分析溶液和空气人口参数及4个主要变量群变化对溶液再生性能影响，首先要选取一组标准设计工况，然后分别改变其中某个变量，从而分析该变量变化对溶液再生状况的影响。文中对LiCI—H。()溶液的再生性能进行研究，标准设计参数如下：室外环境温度35℃，空气入口温度35℃、入口相对湿度70％，溶液入口温度35℃、入口浓度0．3，反映太阳辐射得热的总温差为20℃，空气盐分流量比ASMR一10，传热单元数NTU=2，Lewis数Le=1．0，水的蒸发潜热h。一2550kJ·kg～，量纲1空气散热系数h。一0．4。溶液物性见文献[17]。4．1空气和溶液入口参数变化4．1．1空气入1：2参数变化对再生的作用太阳能集热／再生器的再生用空气可以直接来自室外空气，¨m98765432● 万方数据第11期彭冬根等：基于NTU的太阳能溶液集热／再生器性能分析·2879·也可通过一定装置对室外空气处理后进入集热／再生器，这就涉及空气人口参数对溶液集热／再生的影响，它包括空气入口温度和湿度变化对溶液再生参数的作用，如图4所示。图4(a)、(b)分别为在ASMR=10，ATo=20℃，NTU=2时，空气入口温度和湿度变化对溶液和空气出口参数的影响。图4(a)显示，空气人口温度T|．i从35℃增加到4723时，空气和溶液出口温度缓慢增加，其中空气出口温度分别升高1．8℃(顺流)和1．6℃(逆流)，溶液出口温度分别升高1．4℃(顺流)和2．1℃(逆流)，而溶液出口浓度上升较快，进出口浓度升幅分别提高了42％(顺流)和35％(逆流)。空气出口温度L．。开始高于人口温度L¨随着L．i增加到一定值后，L．。要低于Ta．i值，意味着在溶液再生过程中随着空气入口温度的提高，空气完成从溶液显热吸热到对溶液显热散热的转变，为溶液再生提供能量。相对于顺流再生，逆流再生时空气出口温度下降0．8～1．O℃，溶液出口温度下降2．6～1．9℃，溶液出口浓度升幅提高11．5％～6．2％。图4(b)为空气入口湿度yI．i在0．012～0．024kg·kg-1范围变化时，溶液和空气出口参数变化，可看出随着空气入口湿度ya．i的降低，空气出口温度分别下降3．3℃(顺流)和2．723(逆流)，溶液出口温度分别下降4．5℃(顺流)和6．2℃(逆流)，进出口浓度升幅分别提高了74％(顺流)和76％(逆流)，这是由于空气湿度降低增加了溶液和空气间的传质势差，导致溶液表面水蒸发率的提高，它将吸收更多的太阳能从而使溶液和空气温度降低，但出口浓度提高。相对于顺流再生，逆流再生时空气出口温度下降0．1～0．623，溶液出口温度下降4～5℃，溶液进出口浓度升幅提高11％～13％，由此可看出，顺流再生向逆流再生转变对空气出口温度影响不大，但对溶液出口温度和浓度具有较大作用。综上分析，空气入口状态的变化对空气和溶液出口状态参数产生很大影响，入口温度的提高和湿度的降低将能极大提高溶液出口浓度。我国南方夏季高湿天气对太阳能溶液再生将是极为不利的，为此对再生用空气在进入集热／再生器前最好进行一道预除湿过程。4．1．2溶液入口参数变化对再生的作用在太阳能溶液除湿冷却系统中，除湿器内的溶液温度是相p、击；d(b)图4空气入口状态变化对溶液再生性能影响Fig．4Effectofinletconditionsofaironregenerationpertormance(ASMR=10，ATo=20℃，NTU一2)一口一TI．。(parallel)；一△一L．。(counter)；·-口⋯T．．o(parallel)；··．△⋯L．o(counter)；一‘-口⋯c舶t(parallel)，一。．△⋯％t(counter)对较低的，并且越低越好，但在太阳能溶液／再生器内溶液温度则越高越有利于溶液再生，因此从除湿器内出来的低温稀溶液要经过溶液热交换器预热后进入再生器中，甚至可进行二次升温，这就涉及溶液入口温度对溶液再生性能的作用。同时，溶液入口浓度的变化也会对溶液再生起到很大影响。当ASMR一10，△To=2023，NTU=2时，溶液入口温度和浓度对集热／再生器的再生参数影响如图5所示。图5(a)显示，当溶液入口温度从35℃升到65℃时，空气出口温度分别升高3．6℃(顺流)和4．723(逆流)，溶液出口温度分别升高4．5℃(顺流)和0．823(逆流)，进出口浓度升幅分别提高了160％(顺流)和175％(逆流)。相对于顺流再 万方数据·2880·化工学报第59卷(b)图5溶液入口状态变化对溶液再生性能影响Fig．5Effectofinletconditionsofsolutiononregenerationperformance(ASMR=10。ATo=20℃，NTU一2)一口一TI．o(parallel)；一△一ra．o(counter)I⋯口⋯T．．o(parallel)；⋯△⋯T-．o(counter)-一一口一。一C．伽t(parallel)；一。—△一。一C‰t(counter)o×U司生，逆流再生的空气出口温度变化很小，溶液出口温度下降2．6～6．3"C，浓度升幅提高11％～18％。由此可看出，溶液入口温度提高对集热／再生器出口浓度提高很明显，同时逆流再生优于顺流再生。图5(b)显示，当溶液入口浓度由0．3提高到0．4时，空气出口温度分别升高6．4"C(顺流)和5．6"C(逆流)，溶液出口温度分别升高9．8"C(顺流)和lO．4℃(逆流)，进出口浓度升幅AC分别降低了93％(顺流)和90％(逆流)。这是由于当溶液入口浓度升高后，溶液和空气之间的水蒸发率下降，用于溶液再生所需潜能大为降低，从而使空气和溶液流所吸收的显热明显增加，空气和溶液出口温度提高但进出121浓度增量AC却大为降低。综上分析，溶液入口温度升高可以极大提高溶液出El浓度‰，但入口浓度Ci。的升高却极不利于溶液再生。4．24个变量群变化对再生性能的影响上文分析了空气和溶液人口参数对集热／再生器性能的作用，但空气和溶液流量、太阳辐射强度和集热／再生面积变化会对集热／再生器性能产生很大影响，在本文中通过3个变量群——传热单元数NTU、空气盐分流量比ASMR和总温差△L体现出来，同时分析了Lewis数L已对溶液再生的影响。4．2．1传热单元数NTU变化对再生的作用在太阳能溶液集热／再生器中，当总温差△丁0和流量比ASMR不变时，传热单元数NTU的增加意味着溶液集热／再生面积的增大、玻璃盖板和吸热板之间的高度的降低(溶液和空气之间的传热、传质系数的增加)，这两种工况都有利于溶液再生，图6为传热单元数NTU的增加对再生用空气温度、溶液温度和浓度的影响。图中显示，传热单元数NTU从0．2升高到3，空气出口温度提高10．5"C(顺流)和9．5"C(逆流)，溶液出口温度提高11．4℃(顺流)和6．4"C(逆流)，溶液出口浓度提高0．96％(顺流)和1．1％(逆流)，说明NTU增加会造成空气出口温度、溶液出口温度和浓度相应提高。由于△To一20℃的总温差相对较低并且溶液进口温度也低，致使传热单元数NTU小于1．0时溶液出口浓度低于进口浓度，也就是说在该范围段内溶液吸收空气中的水蒸气。当NTU大于1．0时，太阳能集热／再生器才开始起到对溶液再生的作用，并且逆流时空气和溶液出口温度低于顺流时，从而造成逆流时的溶液出口浓度高于顺流时的浓度，说明逆流运行工况更有利于溶液再生。54525048p46044o笔383634O．312O．3IO0．3080-306o．304J0_302O．300O．29800．51．O1．52．O2．53．0NTU图6传热单元数NTU变化对溶液再生性能影响Fig．6EffectofNTUonregenerationperformance弱如舒∞”∞巧加”m，0 万方数据第11期彭冬根等：基于NTU的太阳能溶液集热／再生器性能分析·2881·4．2．2空气盐分流量比ASMR对再生的作用改变空气盐分流量比ASMR可分别通过改变空气流量G和溶液流量L实现，增加空气质量流量G不仅使ASMR值增大，而且会造成空气和溶液间的传热单元数NTU减少，为保证NTU恒定，必须增加集热／再生器面积；减少溶液流量L可增大ASMR值，并且不会对其他参数产生影响。图7为在总温差△To=20℃和传热单元数NTU=2时，流量比ASMR对再生参数的影响。当流量比ASMR由5增加到40时，空气出口温度提高4．1℃(顺流)和4．2℃(逆流)，溶液出口温度提高6．8℃(顺流)和1．8℃(逆流)，溶液出口浓度提高了31．6倍(顺流)和40．7倍(逆流)。由此可见在保持传热单元数NTU不变时，提高流量比ASMR能明显提高再生性能。当通过减少溶液流量L增大ASMR时，意味着通过减少溶液质量流量能较大程度提高溶液及空气出口温度及浓度。而通过增加空气流量G增大ASMR时，本来会造成空气和溶液出口温度的下降，但由于要维持传热单元数NTU不变，势必要增大集热面积，这又会提高两者的出口温度。相对顺流再生，逆流再生时空气出口温度下降1．2℃左右，溶液出口温度最大下降5℃，出口浓度Co。。升幅最大可提高11％。一a一7lo(parallel)0．335蒸要Z朦蚕芝}‘之一·一一。：；孝二1：i：J二^一，k(counter)⋯“。Z0(counter)一‘一(?矗(counter)O．3lO0．305茹1fj厂‘涮o·3002025303540⋯。。ASMR图7ASMR对溶液再生性能影响Fig．7EffectofASMRonregenerationperformance(△To=20℃．NTU=2)4．2．3总温差△L对再生的作用总温差△L表征太阳能有效辐射强度的大小，即集热／再生器净得辐射热量，其值越大说明太阳辐射越强。总温差是太阳能溶液集热／再生器传热、传质的驱动力，其值的改变势必对溶液再生过程各参数产生巨大影响，在ASMR=10，NTU=2条件下，总温差△To的变化对空气和溶液出口参数的影响如图8所示。图中显示，空气和溶液出口参数和总温差呈线形递增的关系，当△瓦由20℃增加到50℃时，空气出口温度升高6．7℃(顺流)和6．O℃(逆流)，溶液出口温度升高11．7℃(顺流)和7．3"C(逆流)，溶液出口浓度升幅提高3．2倍。相对于顺流再生，逆流再生时空气出口温度下降0．8～1．4℃，溶液出口温度下降2．6～7．0"C，溶液出1：3浓度升幅提高11．5％～10％。因而可看出当总温差提高1．5倍时，溶液出口浓度提高了3．2倍，说明总温差(太阳辐射强度)的提高对促进溶液再生是极为有利的，同时逆流再生要比顺流再生提高溶液浓度10％左右。6460芝56遁520484440O．324O．32lO．318O．315o．3120O．3090．3060．30320253035404550△死，℃图8△To对溶液再生性能影响Fig．8EffectofAToonregenerationperformance(ASMR—10．NTU一2)4．2．4Lewis数LP对再生的作用Lewis数k是一个表征传热和传质系数对比量的变量，其值越大意味着传热系数越大，传质系数越小。在前文研究中Lewis数LP取为常数1，但在溶液和空气实际传热、传质过程中该值却是一个随溶液和空气状态改变而变化的量。这就涉及到Lewis数的改变对溶液再生将产生多大作用的问题。图9为ASMR=10，△To=20℃，NTU=2时，Lewis数Le从0．7增加到1．3时对溶液和空气出口状态的影响。图中显示，随着LP的增大，空气出口温度上升0．5"C(顺流)和一0．3℃(逆流)，溶液出口温度上升0．9"C(顺流)和1．3℃(逆流)，溶液出口浓度升幅下降11％(顺流)和9％(逆流)。说明随着Lewis数的增加，溶液和空气温度升高(逆流空气出口温度除外)，出口浓度下降，但其变化幅度不大。相对于顺流再生，逆流再生时空气出13温度下降0．3"--,1．2"12，溶液出口温度下降2．S*C左右，溶液出13浓度升幅提高9．7％～13．2％。缓_Lrl_．．．．．J．．．-．．．．．．．【*铊加 万方数据化工学报第59卷图9Le对溶液再生性能影响Fig．9EffectofLe013regenerationperformance(ASMR=10，ATo一20℃，NTU=2)5结论(1)在对太阳能集热／再生器进行物理模型假设的基础上，通过引入总温差(ATo)和量纲1空气散热系数(^：)两个变量将溶液和空气的传热、传质方程进行量纲1化，得到以传热单元数为自变量的量纲1耦合传热、传质模型。(2)通过与一台Im×2m太阳能集热／再生器的顺流再生实验数据进行对比分析，发现空气、溶液进出口温度增量(AL和△T。)和蒸发率(Ⅳ)的实验数据和理论模拟分析结果的变化趋势是一致的，并且两者能吻合，为理论模型提供了有力的实验佐证。(3)通过对空气和溶液入口参数变化对溶液再生性能影响分析，发现空气入口温度提高和湿度下降非常有利于溶液再生；同时溶液人口温度提高和浓度下降也能提高溶液再生性能，相对顺流再生，逆流再生的出121浓度升幅提高10％左右。(4)提高传热单元数NTU、流量比ASMR和总温差△T0能极大提高空气出口温度、溶液出口温度和浓度，同时相对于顺流再生，逆流再生的出口温度偏低，出口浓度升幅提高10％左右。(5)在保持传热单元数NTU、流量比ASMR和总温差△To不变的条件下，Lewis数LP从0．7增加到1．3时造成空气和溶液温度的降低，出口浓度升幅提高90A～11％，逆流再生比顺流再生出口浓度升幅提高9．7％～13．2％。符号说明A——集热板面积，m2ASMR～～空气盐分流量比C——溶液质量浓度C。——空气溶液热容率比o——比热容，kJ·kg1·K“d。——特征尺寸，mG一空气质量流量，kg·h_1H——集热板总长度，mIIl——传热系数，kW·m-2·K_1k——传质系数。kg·m-2·s“．Il。——水的蒸发潜热，kJ·kg．1_11．——标准吸收热，℃^。——室外空气和玻璃盖板问对流传热系数，kW·m一2·K一1允——空气与室外环境间的综合对流传热系数，kW·m2·K一1_z——量纲1散热系数卜～太阳辐射强度，kW·m。2I。——太阳有效辐射热量，kW·m-2L——溶液质量流量。kg·h-1NTU——传热单元数Q一显热传热率．kW口．——再生器单位面积散热量，kW·m-2R。——水蒸气空气比热容比■一温度，℃L——环境温度．℃△死——总温差，℃r室外风速，m·s“Ⅳ——水蒸发率，kg·S1或kg·h。1z——单位质量溶液含水量，kg·kg“y——湿度，kg·kg。1鼠——空气流动方向显示器，。+1”是顺流，。一1”是逆流卜量纲1温度△岛——量纲1总温差下角标a——空气eL——平衡状态in，i——进口out，o——出口s——溶液v——水蒸气z——集热／再生器高度坐标[13AniFN．BadawiEM，KannanK&TheeffectofabsorberpackingheightOiltheperformanceofahybridliquiddesiccantsystem．RenewableEnergy，2005．30 万方数据第11期彭冬根等：基于NTU的太阳能溶液集热／再生器性能分析·2883·(15)l2247。2256[2]MaQ．WangRz，DaiYJ，eta1．Performanceanalysisonahybridair-conditioningsystemofagreenbuilding．EnergyandBuildings·2006，38(5)：447—453[3]YinYonggao，ZhangXiaosong。ChenZhenqian．Experimentalstudyondehumidifierandregeneratorofliquiddesiccantcoolingairconditioningsystem．BuildingandEnvironment．2007，42(7)：2505-2511[4]GommedK，GrossmanG．Experimentalinvestigationofaliquiddesiccantsystemforsolarcoolinganddehumidification．SolarEnergy，2007，81(1)：131-138IS]CollierRK．Theanalysisandsimulationofanopencycleabsorptionrefrigerationsystem．SolarEnergy，1979，23：357—366[6]Kakabayev．eta1．Alargescalesolarairconditioningpilotplantanditstestresults．Int．Chem．Eng．，1976。16：60—64E7]HaimI，GrossmanShvtA．Simulationandanalysisofopencycleabsorptionsystemforsolarcooling．SolarEnergy。1992，49(6)：511—534[8]YangRu，WangPailu．Experimentalstudyofaforcedconvectionsolarcollector／regeneratorforopen-cycleabsorptioncooling．JournalofSolarEnergyEngineering，1994，116：194—199[9]YangRu。WangPailu．Theoptimumglazingheightofaglazedsolarcollector／regeneratorforopen—cycleabsorptioncooling．Energy，1994。19(9)：925—931[10]YangRu，WangPailu．Asimulationstudyofperformanceevaluationofsingle-glazedanddouble-glazedcollectors／regeneratorsforanopen-cycleabsorptionsolarcoolingsystem．SolarEnergy，2001，71C4)：263—268[11]AlizadehS，SamanWY．Anexperimentalstudyofaforcedflowsolarcollector／regeneratorusingliquiddesiccant．SolarEnergy，2002，73(5)：345—362[12]AlizadehS。SamanWY．Modelingandperformanceofaforcedflowsolarcollector／regeneratorusingliquiddesiccant．SolarEnergy，2002，72(2)i143—154[13]KabeelAEAugmentationoftheperformanceofsolarregeneratorofopenabsorptioncoolingsystem．RenewableEnergy。2005，30(3)：327—338[14]PengDonggen，ZhangXiaosong，YinYonggao．Theoreticalstoragecapacityforsolarairpretreatmentliquidcollector／regenerator．AppliedThermalEngineering，2008，28(11／12)：1259—1266[15]GandhidasanP．Simpleanalysisofaforcedflowsolarregenerationsystem．Energy，1981，6(6)：436-437[16]GnielinskiV．Newequationsforheatandmasstransferinturbulentpipeandchannelflows．Int．Chem．Eng．，1976．16：359-368[17]ManuelRConde．Propertiesofaqueoussolutionsoflithiumandcalciumchlorideslformulationsforuseinairconditioningequipmentdesign．InternationalJournalolThermalScienees，2004，43：367—382