中空纤维膜除湿器除湿过程对除湿效率的影响因素研究

在工业生产、低温生物医疗等领域中往往需要空气达到较低的相对湿度，因此需要对空气进行除湿处理。本文以PVDF膜构建单膜管中空纤维除湿器为研究对象，通过CFD (Computational Fluid Dynamics)数值模拟的方法研究了中空纤维膜除湿器除湿过程中的一些参数对除湿效率的影响。通过分析得出在一定范围内增大湿空气进气流速可以提高除湿效率、增加吹扫气流速会使除湿效率下降，增大膜两侧湿空气和吹扫气的温差可以增强传热过程，提高除湿效率，最佳的孔隙率选取范围为60%~80%，入口处湿空气相对湿度应在合理范围内，过高的相对湿度容易引起湿工况导致除湿效率下降。

空气制冷循环从大气环境中吸取空气，将其作为制冷工质完成循环[1]。因为环境空气的湿度无法控制，高湿空气会在系统中温度较低位置凝结成液态水甚至结冰，会对其产生诸多不利影响如冰堵、腐蚀等。所以需要采取一些除湿方法降低系统的含湿量，目前空气除湿技术有冷凝除湿、溶液吸收除湿、固体吸附除湿、膜除湿等[2]。

本文选用的膜除湿技术依托膜分离技术为基础，膜分离技术利用膜材料的选择透过性使含水蒸气的高湿空气经过膜的表面时，水蒸气与其他气体成分分离。两侧的水蒸气压力差是分离的驱动力，在渗透侧如果不能将渗透过的水蒸气及时排出，会产生浓差极化现象，导致除湿性能下降，抽真空和吹扫是解决此问题的主要方法[3]。任春波[4]等人用反吹扫和抽真空的方式提升了膜除湿器的除湿效率，研究表明抽真空的除湿效果优于反吹扫，但系统中添加了真空泵增加了功耗，相比抽真空反吹扫更加节能，同时证明除湿性能会受真空度、吹扫比、进气压力等因素影响。膜材料是此项除湿技术的关键，根据膜的化学性质和物理结构两点可以将其分类为微孔膜、复合膜、均质膜三类，按照材料可以分为无机膜和有机膜两类[5]。良好的膜材料应具有机械强度高、抗腐蚀性、分离因子高、便于工业化生产等特点。刘红梅等人[6]将PVDF 膜经过涂覆法改性使其变成疏水膜，使其疏水性明显提升。李文华[7]通过PVDF 聚合物制作出防水、除湿、有良好力学性能的纳米纤维除湿膜。

国内外对影响膜除湿器除湿性能影响的因素研究较少。Si-Min Huan [8]等人研究通过设计一种错流椭圆形中空纤维膜接触器，探索了基于Happel 自由表面模型的热质传质机理。研究者采用解析方法，建立了空气和溶液中动量、热量和质量传输的方程。通过将计算结果与实验数据进行比较，研究发现，相对于传统圆形截面的中空纤维管，基于椭圆形截面的错流中空纤维膜组件在传热和传质方面均取得了显著的改善效果。这些研究成果表明，椭圆形中空纤维膜接触器在相关领域的应用具有潜力，能够提高传热和传质效率。Soheil Soleimanikutanaei 等人[9]采用基于实心壁冷凝和毛细冷凝理论相结合的数值模型，模拟了运输膜冷凝器换热器内部的传热传质过程， 优化了TMC的设计。

庚立志[10]通过实验和数值模拟相结合的方法，