膜式除湿空气制冷系统仿真及实验研究

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1、密级：学校代码：10069类型：应用基础研究学号：Y20120170TIANJINUNIVERSITYOFCOMMERCE硕士学位论文膜式除湿空气制冷系统仿真及实验研宄SimulationandExperimentalStudyonthePerformanceofAirCycleRefrigerationSystemUsingMembraneDehumidification专业制冷及低温工程研宄生郭晓辉指导教师郭宪民‘^一.--^二一一.天津商业大学机械工程学院二〇一五年六月分类号：学校代码：10069密级：研究生学号：Y201

2、20170膜式除湿空气制冷系统仿真及实验研究SimulationandExperimentalStudyonthePerformanceofAirCycleRefrigerationSystemUsingMembraneDehumidification研究生姓名：郭晓辉专业名称：制冷及低温工程指导教师姓名：郭宪民教授论文提交日期：2015年6月学位授予单位：天津商业大学独创性声明及使用授权声明一、学位论文独创性声明本人所撰写的学位论文是在指导教师的指导下独立完成的研宄成果。除已明确标注或得到许可外，所撰写的学位论文中不包含他人己申

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4、学所有。注：涉及保密的学位论文在解密后适用本授权。学位论文作者签字:曰期:如一年6月丨S日摘要空气制冷系统以天然工质空气作为制冷剂，具有不可替代的独特优势，然而由于其COP偏低，所以并未得到广泛应用。另外，空气制冷系统水蒸气在涡轮中冷凝结冰对涡轮乃至整个系统危害极大。因此，为进一步改善空气制冷系统的性能，本文应用膜除湿器对低温空气制冷速冻系统进行集中除湿，在保障良好除湿性能的同时降低整个系统能耗，提高系统的COP。采用集总参数法建立膜除湿空气制冷系统的稳态数学模型，在相同工况条件下分别对三种不同回热流程的系统性能进行仿真，分析膜

5、除湿器和不同回热流程对系统性能的影响。在仿真的基础上，对三种不同回热流程的膜除湿空气制冷系统的性能进行了实验测试，以验证仿真结果；同时，将膜除湿空气制冷系统的系统性能与采用分子筛除湿的空气制冷系统性能进行了对比，得出如下结论：（1）与分子筛除湿的空气制冷系统相比，膜除湿空气制冷系统显著减少了涡轮中水蒸气的冷凝量，且膜除湿系统的功耗小于分子筛除湿系统功耗，COP高于分子筛除湿系统。实验结果表明，对于二级回热流程系统，在压气机进口压力为200kPa工况下，膜除湿系统的水蒸气冷凝量和功耗比分子筛除湿系统分别减少了约51%和20%，而C

6、OP提高了约22%。膜除湿系统保障系统除湿性能的同时，还能够降低系统功耗，提高系统COP。（2）实验结果表明，对于膜除湿器，其出口含湿量随着进气压力的升高、总流量的减少及反扫比的增大而降低。在总流量为0.12kg/min、反扫比为20%、进气压力为600kPa工况条件下，膜除湿器出口含湿量约为0.29g/kg。（3）实验结果表明，对于膜除湿空气制冷系统，回热流程可以增加系统制冷量，提高系统COP，且二级回热流程对系统的改善效果更加明显。在压气机进口压力为200kPa工况下，二级回热流程系统制冷量和COP约为3200W和0.18，

7、比无回热流程分别提高约78%和80%。（4）仿真结果和实验结果的趋势是一致的，但数值上存在一定的误差。在压气机进口压力为200kPa工况下，二级回热流程的膜除湿空气制冷系统COP和涡轮中水蒸气的冷凝量的误差分别约为10%和18%。对于膜除湿器，在总流量为0.18kg/min、进气压力为400kPa工况下，膜除湿器出口含湿量的误差约为20%。关键词：膜除湿；空气循环制冷系统；二级回热；除湿性能；COPABSTRACTWithnaturalworkingfluidasrefrigerant,theairrefrigerationsy

8、stemisofirreplaceableadvantages.ButitisnotusedwidelybecauseofitslowCOP.Inaddition,thewatervaporinthecompressedaircondensesorfreezes