硅胶基复合干燥剂强化除湿机理及其应用研究

论文摘要

干燥剂除湿具有传质效率高、可用余热、太阳能低位热能驱动等突出优点,在室内环境湿度控制、工业干燥等场合有广泛用途。然而传统干燥剂存在吸湿量小、性能不够稳定以及再生要求相对较高等问题。本文研制了一种动态吸湿量大、再生容易、性能稳定的由硅胶和卤素盐(氯化锂)组成的新型复合干燥剂,可有效利用低位余热、太阳能等热源。论文确定了复合干燥剂的强制液解工艺过程,得到了复合干燥剂不发生液解的最佳成份配比,解决了困扰复合干燥剂应用的液解问题。实验测量了复合吸附剂和常用干燥剂(包括硅胶和沸石分子筛13X)在典型温度(25℃、35℃、40℃)下的空气吸水等温线,结果表明复合吸附剂的吸湿能力比常用吸附剂(如硅胶)的高出67%～145%。分析复合干燥剂的成份、孔隙结构、等温线类型以及吸附热等,提出了复合干燥剂—水分平衡吸附模型。揭示了硅胶基复合干燥剂材料基于物理吸附与化学吸附耦合作用的强化吸湿机理。论文提出了陶瓷基除湿转轮复合干燥剂浸渍和附着方法,制作了采用新型复合干燥剂材料的除湿转轮,设计搭建了干燥剂转轮除湿器除湿特性测试台,对干燥剂转轮除湿器的动态、稳态除湿特性进行了实验分析,并与常规转轮进行了对比。实验结果表明,在相同的气候条件下,复合干燥剂转轮的最佳再生温度低于硅胶转轮,而且除湿量比同规格的硅胶转轮提高了50%。在低湿的气候条件下,复合转轮的除湿优势更加明显。特别发展了陶瓷基干燥剂转轮除湿器数学模型,并进行了实验验证。在此基础上分析了除湿转轮各参数对转轮最优转速的影响,指明强化转轮传热、传质过程的途径。论文设计搭建了潜热、显热分级处理、应用新型干燥剂转轮除湿器的复合空调系统实验台,对复合除湿空调潜热传递规律和节能特性进行了理论分析与实验研究,揭示了利用新型干燥剂转轮除湿装置潜热、显热分级处理的空调流程的优越性和节能潜力,并围绕性能指标进行了优化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.1.1 室内环境湿度控制
• 1.1.2 干燥剂除湿的应用领域和产业前景
• 1.2 国内外研究现状与发展趋势
• 1.2.1 除湿材料的研究及发展
• 1.2.2 除湿器的研究及发展
• 1.2.3 除湿器性能分析的理论方法
• 1.2.4 除湿系统的应用研究
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 复合干燥剂的制备及其吸附等温线研究
• 2.1 概述
• 2.2 复合干燥剂的制备
• 2.3 配制工艺
• 2.3.1 硅溶胶的物理特性及其选择
• 2.3.2 氯化锂浓度的选择
• 2.3.3 复合干燥剂液解现象
• 2.3.4 强制液解过程
• 2.4 平衡吸附量的测试
• 2.4.1 平衡吸附量的测定原理
• 2.4.2 吸附等温线的测试分析
• 2.4.3 吸附热
• 2.5 本章小结
• 第三章 复合干燥剂强化吸湿机理分析
• 3.1 概述
• 3.2 复合干燥剂能谱分析
• 3.2.1 复合干燥剂成分分析
• 3.2.2 强制液解前后氯化锂含量对比
• 3.3 复合干燥剂孔结构分析
• 3.3.1 多孔介质孔隙测试方法的选择
• 3.3.2 干燥剂孔隙测试结果
• 3.4 复合干燥剂热分析
• 3.5 复合干燥剂强化吸湿模型
• 3.5.1 几种典型平衡吸附方程的比较
• 3.5.2 硅胶-水吸附平衡方程
• 3.5.3 复合干燥剂-水吸附模型
• 3.6 本章小结
• 第四章 复合干燥剂转轮实验研究
• 4.1 概述
• 4.2 蜂窝纸基转轮除湿特性实验
• 4.2.1 实验装置
• 4.2.2 性能评价指标
• 4.2.3 运行参数对动态除湿性能的影响
• 4.2.4 运行参数对稳态除湿性能的影响
• 4.3 陶瓷纤维基转轮除湿特性实验
• 4.3.1 转轮除湿器的设计及加工
• 4.3.2 100mm 转轮的实验研究
• 4.3.3 16mm 转轮的实验研究
• 4.3.4 误差分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 除湿转轮传热传质模型及其传递过程强化研究
• 5.1 概述
• 5.2 除湿转轮传热传质模型与数值模拟
• 5.2.1 除湿转轮的物理模型
• 5.2.2 除湿转轮的数学模型
• 5.2.3 湿空气和干燥剂的物理性质
• 5.2.4 数学模型求解
• 5.3 除湿转轮除湿性能强化研究
• 5.3.1 性能参数对最优转速的影响
• 5.3.2 结构参数对最优转速的影响
• 5.3.3 运行参数对最优转速的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 复合干燥剂混合除湿空调节能特性
• 6.1 概述
• 6.2 干燥剂混合除湿空调系统实验装置
• 6.3 干燥剂混合除湿空调系统理论模型
• 6.3.1 除湿转轮的模型
• 6.3.2 压缩制冷系统的模型
• 6.3.3 模型的实验验证
• 6.4 变工况对混合除湿空调系统性能的影响
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文与申请专利
• 上海交通大学学位论文答辩决议书