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湿化器的传热传质机理和性能分析

中图分类号：TK471 文献标识码：A

文章编号：100但不管是乘用车还是货运车每一年所需要的各种塑料材料的绝对数量都在数百万吨以上的1－2060（2000）03－Heat and Mass Transfer Mechanism and Performance Analysis of a HumidifierShang Demin Wang Yongqin微晶石g Chen Anbin

（College of Energy Science and Engineering under the Harbi速冻食品n Intitute of Technology, Harbin, China, Post Code 150001）Proceeding from the basic principles of heat transfer and mass transfer, the authors have set up a mathematical model for a humidifier, a major component of a humid air turbine (HAT) cycle. The humidifier performance is studied with the irrationality of some current treatment methods being identified.

Key words: humid air turbine cycle, humidifier, heat transfer and mass transfer, work performance主要符号表cw—水的定压比热容 G—干空气流量

L—水流量 r—汽化潜热

TWM—理论水量 x—空气的含湿量

αgv—气相对流传热系数 βxv—传质系数

αlv—液相对流传热系数 —相对湿度

角标

w—水 a—空气 i—水／气界面1 引言 湿空气透平(HAT—Humid Air Turbine)循环是一种新型高效热力循环，自1985年提出以来，因其优良的热力性能而受到人们的普遍重视，被认为是21世纪动力循环发展的主要方向之一［1～4］。

图1为典型HAT循环的系统图。循环中，空气经加压、冷却后进入湿化器底部；水回收低温热量后从湿化器顶部进入。在湿化器中，空气和水逆流直接接触，空气被加热湿化，水被冷却并部分蒸发。从湿化器出来的湿空气回收透平排气高温余热、并经燃烧室加热后进入湿燃气透平作功，透平排气经回热后排向大气。图1优化配置了模具机械、5金塑料产业供应链和价值链 典型HAT循环系统图 湿化器是一直接接触式传热传质部件。HAT循环中，湿化器主要起两个作用：增加工质流量，进而增大比功；降低水温，使系统低温余热的回收成为可能02、重点方向，进而提高效率。因此湿化器在HAT循环中占有很重要的地位，可以说是HAT循环的核心部件，对其性能的认识关系到整个系统的性能分析。

目前，人们对湿化器已经进行了一些研究，但这些研究有的预先规定了工质的工作状态［1～3］，有的只考虑了工作过程的一部分［4］，都未能全面反映湿化器总的工作规律和特点。本文从传热传质基本理论出发，给出了湿化器的数学模型，研究了湿化器的工作性能，以期为湿化器的研制提供理论依据。2 湿化器的传热传质模型 在计算和分析过程中，作奇石者发现湿化器的全工作过程包括两个阶段，这两个阶段特点不同，数学模型也不相同。

为直观起见，可以这样来考虑问题：设湿化器开始时空气流量非常大，热水流量非常小，则湿化器出口空气是未饱和的。保持其它参数不变，增大湿化水量，出口空气湿度会随之上升，到某一流量时，空气刚好饱和。本文将这个水量定义为理论水量(TWM—Theoretical Water Mass)。继续增大湿化水量，则空气在未到出口前就已达饱和，并且一直是饱和的，直到湿化器出口，因为空气的相对湿度不可能超过100%。

由此可见，当水量大于理论水量时，过程可分为两个阶段：第一阶段空气相对湿度由初值增到100%，第二阶段相对湿度保持100%。如果水量小于或等于理论水量，则只经过第一阶段；如果入口空气状态为饱和，则只经过第二阶段。

2.1 水量大于理论水量时第一阶段的数学模型

湿化器中，水和空气间发生复杂的热量传递和质量传递。水与水／气界面、水/气界面与空气间的温差是热量传递的推动力，界面和空气间含湿量之差是质量传递的推动力。取图2所示微元零部件dz为研究对象，根据传热传质基本原理，可得水／气界面到气相主体的传热微分方程：图2 湿化器示意图 水／气界面到气相主体的传质微分方程： (2) 水到水／气界面的传热微分方程：
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