一种向上喷淋式除霾水汽能收集器设计方法技术

一种向上喷淋式除霾水汽能收集器设计方法包括高压喷嘴、集水装置、除水装置及风机组成；所述向上喷淋式除霾水汽能收集器属于利用水汽能收集器冬季制热及净化大气污染领域。所述喷嘴布置在装置底部集水装置上方并向上喷淋溶液，溶液液滴先上升运动，而后在重力作用下落入装置底部集水装置内。所述装置提高了传统装置的换热效率且可用于治理雾霾；所述向上喷淋式除霾水汽能收集器设计方法是根据液滴动力学及热力学分析，在确保液滴上升高度小于喷嘴距离除水装置之间垂直距离的前提下，通过调整风速，喷淋速度，液滴粒径，提高溶液出口温度及除霾效率的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于利用水汽能收集器冬季制热及净化大气污染
，具体涉及一种 向上喷淋式除霾水汽能收集器设计方法及其装置。
技术介绍
亚热带季风性气候地区冬季空气温度维持在5-10°C，湿度大，空气中水蒸气蕴含 大量水汽能。考虑用水汽能收集器联合热栗系统提取空气中的水汽能。水汽能收集器，也可 称作开式热源塔，其构造与开式冷却塔相似，仅循环工作介质由水变为防冻溶液。水汽能收 集器将低温溶液喷淋在填料上形成水膜并与空气进行对流换热，提取空气中的水汽能。溶 液吸收水蒸气凝结过程中释放出的热量后被送入热栗装置，热栗装置提取的热能用于冬季 供暖及热水。 在普通水汽能收集器中，循环溶液一般采用氯化钙等防冻溶液，此类溶液凝固点 在零度以下，水蒸气表面分压力低，适于在低温环境下吸收空气中的水汽能。冷溶液(约 为-3 °C )从喷嘴喷淋在填料上，溶液在填料上形成液膜，沿着填料向下流动。风机运行使 携带水汽能的空气（5-10 °C )从装置底部进入，与溶液进行逆流换热。水蒸气凝结在溶液 表面，释放的热量被溶液吸收。吸收热量后的溶液温度升高(升至0 °c左右)，落入集水装置 并被送入热栗机组中的蒸发器，与制冷剂进行换热，制冷剂在热栗机组中进行一系列循环， 热量最终被运送到负荷侧空调器用于供暖。在普通水汽能收集器运行一段时间后，由于盐 类沉积及溶液影响，填料易发生堵塞腐蚀，溶液无法在填料上形成均匀水膜，导致换热效果 变差。堵塞严重的填料将导致装置阻力增大并损坏风机。 亚热带季风性气候区域空气湿度大，为空气中细微固体颗粒提供了大量凝结核。 空气中水蒸气与固体颗粒污染物相结合，造成该区域冬季雾霾频发的现象。因此，有必要对 大气污染进行净化。 针对亚热带季风性气候区域冬季供热及雾霾问题，本专利技术专利提出一种向上喷淋 式除霾水汽能收集器设计方法及其装置。装置中无填料，采用高压喷嘴由下至上喷淋溶液 的方式来收集空气中的水汽能并除去大气中雾霾粒子，并根据液滴动力学及热力学分析， 对装置进行优化设计。
技术实现思路
本专利技术提出了一种向上喷淋式除霾水汽能收集器设计方法及其装置，专利技术了一种 减小阻力、提高水汽能收集效率、提高除霾效率的水汽能收集器设计方法及装置。该装置换 热效率高于普通水汽能收集器且可有效降低大气污染。根据用户所需热量，冬季室外空气 温湿度，都可以设计一种向上喷淋式除霾水汽能收集器。因此该方法具有一定的普适性。 本专利技术的目的是通过如下途径实现的： 向上喷淋式除霾水汽能收集器包括高压喷嘴、集水装置、除水装置及风机。风机布置在 装置顶部，将室外空气由装置底部风口抽入装置。高压喷嘴布置在装置下部，集水装置正上 方，向上喷淋溶液，液滴上升一定高度后受重力作用落入下方集水装置。集水装置中的溶液 被栗入热栗系统，热栗系统提取溶液中的热量，溶液温度降低并被送至喷淋装置进行往复 循环。根据室外空气温度，空气湿度，溶液初始温度，装置高度Z，风速U g，溶液直径d，溶液 喷淋速度Ud。，溶液浓度，利用数值仿真方法确定溶液出口温度及液滴上升高度，并对u g，ud。， d进行优化，确保装置高效运行，具体设计方法如下： (1)对装置进行动力学及热力学分析 装置高度为ZH，对装置在高度方向进行微元划分，每一微元段为dZ，根据牛顿第二定 律，在每一个微元段内，运动液滴受到阻力重力及浮力，有：式中，Cd为阻力系数，与雷诺数相关，(雷诺数d为液滴直径彳为空气运动 黏度，Re〈l. 9 时(^=24/1^，1:_玄1^1_时 Cd=18. 5/Re〇.6,508〈Re〈200000 时 Cd=O. 44)屯为 相对速度ud-ug，md为液滴质量，:?为溶液密度，t为液滴在微元段内停留时间，为空气密 度； 对于上升溶液液滴，在单位微元段dZ内，有：若液滴在下落期间达到受力平衡，则液滴保持终速度落入装置底部，终速度可根据液 滴受力平衡方程得出(令式（5)左边为零）； 根据质量守恒定律，溶液吸收水蒸气量等于空气失去水蒸汽量，在单位微元段内，有：(6) 其中G为空气流量。·为单位时间通过微元段的溶液表面积，QsS 溶液流量，MP Nwf为向上及向下液滴表面水蒸气摩尔质量通量，MwS水的摩尔质量，带入 式（2)及式（3)，有：(7) 溶液表面水蒸气分压力可根据拉乌尔定律计算(8) 式中，A为活性系数，为纯水表面水蒸气压力，X为溶液中水的摩尔质量分数； 根据能量守恒定律，在微元段内，对于上升液滴，溶液吸收的水汽能等于空气失去的水 汽能，有：(9) 式中，h为对流换热系数，Ad= π d2为液滴表面积，％为水蒸气气化潜热，Cps为溶液的比 热，化简式（9 )，得(10) 对棒芏nw迈用BEM寸但疋俘，仴：式中慕·:覆裏:十:1:|为空气焓值，Cpg为干空气比热，Cpv为水蒸气比热，将焓 值公式带入式（12)，有： ' ·· · · ' --.·-：·?·。 用于传热传质的努谢尔特数Nu和宣武特数Sh分别为： 5?二 2+0,碰?.'Pf (14) 觀戀繫 (15) 式中，Pr和Sc数分别为空气的普朗特数和施密特数； 单个液滴对雾霾粒子的收集效率为# 中，^ ? # 数，_ 力 S 1 @ 力 # S^ t M # 数为颗粒斯托克斯数，Cc为修正系数，H为颗粒物密度，dp为颗 粒直径；》为溶液动力粘度。~颗粒临界斯托克斯数；，kg和kp分别为空气和颗粒的导热系数，1:为空气 的平均自由程，P为大气压力；Mg为空气的摩尔质量，D w为水蒸汽扩散系数； 对千聦优_漱忒睑霜水汽能盼隹睑霜沩銮为.(2)数值计算及参数优化 根据装置运行参数(风速、喷淋速度、液滴粒径)、设备参数(装置横截面积、高度)、及空 气、溶液的初始状态参数，利用龙格库塔数值计算方法进行计算可以得出空气温湿度变化、 溶液温度变化及装置除霾效率。通过调整喷淋速度、液滴直径、风速、溶液初始温度、装置横 截面积及装置高度，可确保装置高效换热高效除霾。图2至图4给出了不同运行参数(风速 ug=2，2. 5，3m/s，粒径d=0. 8，1，1.2 mm，喷淋速度叫=4，6，8m/s)对溶液液滴出口温 度及液滴上升高度的影响。 本专利技术采用上述技术方案得到了以下的有益效果，本专利技术方法和装置与现有方法 和装置相比有如下优点： 1. 无填料，节省了初投资及人工清洗费用； 2. 减小了装置阻力，风机能耗； 3. 新装置经过优化计算，换热效率更高； 4. 新装置可用作冬季除霾，利于环保。【附图说明】...

【技术保护点】
一种向上喷淋式除霾水汽能收集器，其特征在于：它包括高压喷嘴13、集水装置14、除水装置12及风机11组成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：崔海蛟，黄国和，成剑林，
申请(专利权)人：黄国和，
类型：发明
国别省市：湖南;43