濕膜加濕性能的理論分析
濕膜加濕器的加濕過程是空氣與濕膜接觸的熱質(zhì)交換過程。研究加濕器的加濕性能,對改善和提高加濕效率有重要的意義。加濕器的加濕過程屬于空氣與水的直接接觸的熱質(zhì)交換過程,在風機的作用下,加濕主要是以對流質(zhì)的方式進行的。當干燥的空氣吹過濕膜表面時,濕膜表面將維持一個較氣流溫度為低的平衡溫度,此時在濕膜表面上形成溫度邊界層,熱量將通過溫度邊界層由氣流主體傳遞給濕膜表面,向表面處的水分提供熱量,將水分汽化,同時由于濕膜表面的
水蒸氣濃度高于氣流主體中水蒸氣的濃度,故在濕膜表面上形成濃度邊界層,汽化的水分通過濃度邊界層傳遞到空氣主流中。目前對同時進行熱質(zhì)交換過程的理論計算,尤其是當傳質(zhì)速率較大時,一般采用奈斯特的薄膜理論。薄膜理論是奈斯特在1904年提出的,至今已有70多年。其基本論點是:當空氣流過一濕壁時,壁面上的空氣流速應(yīng)該等于零;因此在接近壁面處有一層滯流流體薄膜,其厚度為δ;由于是滯流薄層,傳質(zhì)過程必定是以分子擴散形式通過這一薄層;全部對流傳質(zhì)的阻力都集中在這一薄層內(nèi)。另外,還認為膜內(nèi)的擴散傳質(zhì)過程具有穩(wěn)態(tài)的特性。根據(jù)膜理論,hm= D/δ,(式中 hm—對流傳
質(zhì)系數(shù);D—擴散系數(shù);δ—膜層厚度。)
根據(jù)斐克定律分子擴散的通量為
J = D(CW-C1) (1)
式中 D—擴散系數(shù),m2/s;
CW—濕膜處水蒸氣分子濃度,mol/m3;
C1—濕膜表面飽和空氣層水蒸氣分子濃
度,mol/m3。
在汽水界面上的飽和空氣主要以對流方式與主流空氣進行傳質(zhì)。描述對流傳質(zhì)的基本方程,與描述對流傳熱的基本方程相對應(yīng)。對流傳質(zhì)通量為
N= KΔC = K(C1-CA) (2)
式中 K—對流傳質(zhì)系數(shù);
C—濕膜表面飽和空氣層水蒸氣分子濃
度,mol/m3;
C—主流空氣水蒸氣分子濃度,mol/m3。
假設(shè)為穩(wěn)態(tài)傳質(zhì),則J = N,即D(CW-C1) =
K(C1-CA)
可求得C1=DCW+KCAK+D,將其代入(1)得到
J =DKD+K(CW-CA) (3)
對于水蒸氣,假定符合理想氣體,則pV= nRT,
