從理論上分析了溶液除濕過程中傳質(zhì)過程和傳熱過程之間的耦合關(guān)系，建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，并對實際的溶液除濕過程進行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明：傳質(zhì)過程對傳熱過程的影響主要體現(xiàn)在兩方面：一是傳質(zhì)通量攜帶的焓對傳熱過程的影響，二是水蒸氣變成水釋放汽化潛熱對傳熱過程的影響，其中汽化潛熱的影響較大。而傳熱過程對傳質(zhì)過程的影響主要體現(xiàn)在溫度對傳質(zhì)系數(shù)的影響。

1、前言

　　溶液除濕系統(tǒng)由于具有可利用低品位能源、節(jié)約能源消耗、保護環(huán)境等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于建筑、冶金、化工等行業(yè)。在溶液除濕過程中，傳質(zhì)與傳熱現(xiàn)象緊密聯(lián)系，傳質(zhì)和傳熱過程同時存在，且相互耦合。國內(nèi)外很多學(xué)者在理論和試驗上對除濕過程中空氣和溶液的傳熱傳質(zhì)性能進行了廣泛的研究。

　　目前，對空氣和溶液之間的傳質(zhì)傳熱過程進行建模與分析的方法主要有以下3種：

　　(1)試驗法。這種方法是通過試驗的方法建立溫濕度效率與運行參數(shù)之間的試驗關(guān)聯(lián)，雖然易于分析但不能很好地反映傳熱傳質(zhì)過程。

　　(2)有限差分模型。這種模型能夠很直觀簡潔地反映溶液與空氣之間的傳熱傳質(zhì)過程，而且方便計算，因此被很多研究學(xué)者采用。但這種方法需要以試驗為基礎(chǔ)得出耦合傳質(zhì)系數(shù)的無量綱關(guān)聯(lián)式，再通過假定劉易斯數(shù)(Le)來確定耦合傳熱系數(shù)，因此該方法不能從理論上解釋傳熱與傳質(zhì)之間相互影響與耦合。

　　(3)考慮溶液側(cè)與空氣側(cè)傳熱傳質(zhì)阻力的復(fù)雜模型。這種模型是基于Navier-Stokes方程對降膜溶液和空氣的溫度、濃度以及濕度建立擴散-對流能量和質(zhì)量方程，然后結(jié)合壁面、氣液界面和進口參數(shù)獲取邊界條件來探討溶液與空氣之間的傳熱傳質(zhì)過程。這種模型計算過程很復(fù)雜，而且計算量也很大，不便于一般性物理結(jié)構(gòu)的設(shè)計與優(yōu)化。

　　上述研究工作多偏重于對具體除濕過程進行建模，很少對除濕過程中傳熱和傳質(zhì)之間的耦合作用進行深入的研究。因此本文針對除濕過程，在基于雙膜理論的基礎(chǔ)上，深入討論傳熱和傳質(zhì)的相互影響，建立傳熱傳質(zhì)數(shù)學(xué)物理模型。

2、傳熱傳質(zhì)過程數(shù)學(xué)模型的建立

　　為了從理論上分析傳熱傳質(zhì)耦合機理，下面分別對傳熱過程和傳質(zhì)過程進行研究。由于除濕過程和再生過程是反過程，這里僅以除濕吸收過程為例進行探討。如圖1所示，溫度為tA，a的空氣流過相界面，水蒸氣透過氣膜進行質(zhì)量傳遞，到達另一側(cè)溫度為tB，s的主流區(qū)，傳質(zhì)通量為m。假設(shè)tA，a>tB，s，定義傳質(zhì)方向與傳熱方向相同時，m值為正數(shù)；傳質(zhì)方向與傳熱方向相反時，m值為負數(shù)。

圖1 傳熱傳質(zhì)過程示意

4、結(jié)論

　　(1)傳質(zhì)過程對傳熱過程的影響主要體現(xiàn)在兩方面，一是質(zhì)量通量攜帶的焓對傳熱過程的影響；二是汽化潛熱對傳熱過程的影響。在除濕過程中，溶液濃度逐漸減小，傳質(zhì)通量也逐漸較小，換熱系數(shù)亦逐漸減小；

　　(2)傳熱過程對傳質(zhì)過程的影響主要體現(xiàn)在空氣溫度和溶液溫度對傳質(zhì)系數(shù)的影響方面。隨著空氣溫度的升高，傳質(zhì)系數(shù)逐漸升高，隨著溶液溫度的升高，傳質(zhì)系數(shù)逐漸下降；

　　(3)當(dāng)傳熱與傳質(zhì)方向相同時，在除濕過程中，隨著空氣溫度的升高，傳熱系數(shù)逐漸減�。浑S著溶液溫度的升高，傳熱系數(shù)逐漸增加。當(dāng)傳熱與傳質(zhì)方向相反時，結(jié)論相反。