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图2-2 循环水加湿器加湿原理图

从理论分析,可以得知,低温水的焓值较低,从液态变成气态所需要吸收的空气热量也较大,往往水还没有被汽化就从湿膜顶部流到了底部,此时的水温虽然升高了,但又白白地流走了,造成能源的浪费且又达不到预定的加湿量,而湿膜循环水加湿器工作一段时间后水温会比较高,此种温度的水焓值远高于冬季自来水焓值,故汽化比较容易,加湿效果好[6]。工程上一般都优先采用湿膜循环水加湿器。利用湿膜加湿器加湿空气,空气的状态变化在i-d图上表示见图2-3。

1 空气初始状态 2空气被加湿后的状态 3 空气被处理饱和时的状态。 图2-3 空气状态变化过程

在理想状态下,当空气与水接触面积无限大,接触时间无限长时,空气可被处理至饱和点3,而实际过程中空气处理后的状态点为2,空气温度降低,显 热减少。评价湿膜加湿器的加湿性能参数有饱和效率和 加湿效率。饱和效率η=t1- t2t1- t3 式中 t1—加湿前空气的干球温度,℃;

t2—加湿后空气的干球温度,℃; t3—空气的湿球温度,℃。 加湿效率η=d2-d1dmax-d1

式中 d1—空气被加湿前的含湿量,g/kg; d2—空气被加湿后的含湿量,g/kg;

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dmax—饱和状态空气的含湿量,g/kg。

饱和效率表示被处理空气经加湿后所能达到的饱和程度,反映加湿是否充分。饱和效率越高,表示加湿器使空气状态发生变化的能力越强。

第二节 湿膜材料

湿膜材料是湿膜加湿器的核心,分为有机湿膜、无机湿膜、铝合金网状湿膜、

不锈钢刺孔湿膜、陶瓷湿膜等。湿膜材料具有极强的吸水性、很好的自我清洗能力、无毒、耐酸碱、耐霉菌、阻燃及提供水分与空气间最大的接触表面积等特点。对于不锈钢湿膜,是在经过了有机、无机、铝合金三种材料之后,最新研制的湿膜产品,它选用很薄的不锈钢板为原料,经过表面冲孔、刺孔,轧制存水细波纹,并作钝化和亲水处理。水在湿材里曲折立体流动,不锈钢湿膜表面刺孔被水膜张力连接封堵,克服了浸润性差的缺点。由于冲孔的存在,加上采用高密度布水,加湿效率比较高,适合于洁净要求高的工业加湿场所。

湿膜一般采用波纹板交叉重叠的形式,它可以同时控制水流与气流交叉流动的方向,并提供水流与气流间最大的接触表面积。这种结构中倾斜角度大的波纹朝向空气进入方向,以确保大量的水流向空气进风方向,这里正是蒸发现象最强烈的地方,加湿效率比较高。这种结构方式同时提供了介质很好的自身清洁的效果。

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第三章 影响湿膜加湿器的理论性能因素

第一节 加湿性能的理论分析

湿膜加湿器的加湿过程是空气与湿膜接触的热质交换过程。研究加湿器

的加湿性能,对改善和提高加湿效率有重要的意义。加湿器的加湿过程属于空气与水的直接接触的热质交换过程,在风机的作用下,加湿主要是以对流质的方式进行的。当干燥的空气吹过湿膜表面时,湿膜表面将维持一个较气流温度为低的平衡温度,此时在湿膜表面上形成温度边界层,热量将通过温度边界层由气流主体传递给湿膜表面,向表面处的水分提供热量,将水分汽化,同时由于湿膜表面的 水蒸气浓度高于气流主体中水蒸气的浓度,故在湿膜表面上形成浓度边界层,汽化的水分通过浓度边界层传递到空气主流中。目前对同时进行热质交换过程的理论计算,尤其是当传质速率较大时,一般采用奈斯特的薄膜理论。薄膜理论是奈斯特在1904年提出的,至今已有70多年。其基本论点是:当空气流过一湿壁时,壁面上的空气流速应该等于零;因此在接近壁面处有一层滞流流体薄膜,其厚度为δ;由于是滞流薄层,传质过程必定是以分子扩散形式通过这一薄层;全部对流传质的阻力都集中在这一薄层内。另外,还认为膜内的扩散传质过程具有稳态的特性。根据膜理论,hm= D/δ,(式中 hm—对流传

质系数;D—扩散系数;δ—膜层厚度。) 根据斐克定律分子扩散的通量为 J = D(CW-C1) (1) 式中 D—扩散系数,m2/s;

CW—湿膜处水蒸气分子浓度,mol/m3; C1—湿膜表面饱和空气层水蒸气分子浓 度,mol/m3。

在汽水界面上的饱和空气主要以对流方式与主流空气进行传质。描述对流传质的基本方程,与描述对流传热的基本方程相对应。对流传质通量为

N= KΔC = K(C1-CA) (2)

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式中 K—对流传质系数;

C—湿膜表面饱和空气层水蒸气分子浓 度,mol/m3;

C—主流空气水蒸气分子浓度,mol/m3。 假设为稳态传质,则J = N,即D(CW-C1) = K(C1-CA)

可求得C1=DCW+KCAK+D,将其代入(1)得到 J =DKD+K(CW-CA) (3)

对于水蒸气,假定符合理想气体,则pV= nRT, 所以分子浓度C为:C=nV=PRT 则(3)可写成J=

DK(D+K)RW(pWTW-pATA) (4) 式中 RW—水蒸气的气体常数; TW—水温,K;

PW—TW下的饱和水蒸气分压力,Pa; TA—空气温度,K;

PA—TA下的水蒸气分压力,Pa。从(4)式发现,对于一定结构的湿膜加湿器,影 响湿膜加湿器加湿性能的参数有:水温、空气干湿球温度和空气流速。

第二节 影响湿膜加湿器加湿性能的因素

(1) 加湿材料的蒸发面积对含湿量的影响，影响湿膜加湿器加湿性能的因

素很多,增加蒸发面积是提高加湿效率的主要途径。为克服加湿能力低的缺点,必须在不改变加湿器尺寸情况下,大幅度扩大蒸发面积。湿膜采用波纹板交叉重叠的形式,以同时控制水流与气流交叉流动的方向,并提供水流与气流间最大的接触表面积,以确保大量的水流在此蒸发,提高加湿效率。

(2) 加湿材料的厚度对出口空气含湿量的影响

湿膜厚度的增加使空气与润湿的填料接触时间加长,应该说加湿效果更好。但随着厚度的增加,含湿量也接近饱和含湿量。因此,如果再增加加湿材料的厚度对空气的处理已经没有意义了,所以应选取合适的厚度。

(3) 空气流速对含湿量的影响

随着风机速度的增加加湿量逐渐增大,而当加湿量达到一定的数值后,再

增加风机速度,加湿量就呈现下降趋势。一方面风速增大,热质交换系数增 大,加湿效果会提高,但风速太大会导致空气与湿膜之间接触时间缩短而