高分子有机膜的传湿性能测量及理论分析

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:thriving_hehe
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关于膜法全热回收技术的研究主要集中在实验室研究阶段,本论文着眼于膜法全热交换器,从热力学第二定律效率的角度,对膜法全热交换器的性能进行了分析;利用FLEC(field and labor-atory emission cell)系统,测量了几种高分子有机膜的湿传递性能;利用现代化表征手段,从微观角度对高分子有机膜进行了一系列的表征;利用改进的FLEC系统,测量了复合有机膜的透湿和透CO<,2>性能;对水蒸汽在膜中的传递机理进行了分析;利用CFD模拟软件FLUENT对改进的FLEC系统中的下腔体中水蒸汽的传递进行了模拟。 我国节能任务迫在眉睫,随着人们居住生活水平的提高,建筑节能是今后社会节能的重点。夏季空调节能对缓解能源紧张有重要作用。空调节能的主要措施之一是采用热回收技术。按照回收的热(冷)量类型来分,可以分为全热回收技术和显热回收技术。全热回收装置对空调系统的节能十分有利。其中,膜法全热回收技术是一种新型的全热回收技术。研究证明,膜法全热回收器的效率可达60%~80%。 换热器的熵增最小时,效率最高。本文从熵增的角度对膜法全热交换器的效率进行了分析,分析了长江以南地区冬季和夏季典型工况下的膜法全热交换器的效率,发现在新风流量、膜间距、膜边长等诸多因素中,膜间距是影响其效率的关键因素,存在最优膜间距使膜全热交换器熵增最小,效率最高。 膜材料的性能也是影响膜全热交换器的性能的关键因素。本文利用FLEC系统测量了几种高分子微孔膜的透湿性能,发现无论亲水性膜还是憎水性膜,水蒸汽均有透过。在流量为100ml/min~300m1/min时,总传湿系数在10<-2>m/s左右;水蒸汽的渗透速率在10<-5>kg/(m<-2>·s)左右。利用SEM、AFM、ASAP等仪器对微孔膜进行微观结构表征,发现有机微孔膜具有多层结构,孔的形状不规则,膜表面凸凹不平,膜孔径具有一定的孔径分布率等特点。对膜进行工程热物理性质的测量,发现膜的导热系数不高,但是膜很薄,这是膜具有良好的导热性能的原因。本文也测量了几种自制高分子复合膜的透湿和透CO<,2>性能,发现这些膜均具有良好的透湿性能,当活性层的致密性足够好时,可以阻挡CO<,2>的透过。 本文也对水蒸汽在膜中水蒸汽的透过机理进行了分析,发现水蒸汽在亲水性膜中的传递遵循溶解扩散机理,在憎水性膜中的传递遵循努森扩散机理。利用溶解扩散机理对水蒸汽在亲水性膜中的传递进行模拟分析,得到的水蒸汽在亲水膜中的扩散系数和文献值给出的吻合,利用努森扩散机理对水蒸汽在憎水性膜中的总传湿系数进行模拟计算,发现模拟结果与实验值吻合得也很好。 对于水蒸汽在改进的FLEC系统的下腔体内的湿的传递,利用计算流体力学(CFD)软件FLUENT将湿的传递比拟成热的传递,进而可以得出水蒸汽在下腔体内的传湿系数,发现在模拟流量与实验流量相近时,模拟得出的传湿系数与测得量吻合得很好。
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