Mass Diffusion in a Hydrophobic Membrane Humidification/Dehumidification Process: the Effects of Membrane Characteristics

Abstract

Humidification and dehumidification are common processes in air conditioning industry. In this study, a new technique‐the hydrophobic membrane based air humidification and dehumidification are investigated. The effects of membrane characteristics on moisture exchange effectiveness of the system are studied. A two‐dimensional transient model which takes into account the combined mechanisms of Knudsen flow and ordinary diffusion in membrane pores is proposed and validated. Four membranes, 2 hydrophobic treated Nylon and 2 PVDF, are used in the test to validate the model. Then the effects of variations of membrane properties on the system performance and membrane to total resistance ratio, are evaluated. A dimensionless Number of Transfer Units (NTU) can be summarized to govern the moisture exchange performance. Following, a correlation has been obtained to reflect the relations between the moisture exchange effectiveness and the Number of Transfer Units.     

采用不同流场的质子交换膜燃料电池内部传递现象模拟

A numerical model for proton exchange membrane (PEM) fuel cell is developed, which can simulate such basic transport phenomena as gas-liquid two-phase flow in a working fuel cell. Boundary conditions for both the conventional and the interdigitated modes of flow are presented on a three-dimensional basis. Numerical techniques for this model are discussed in detail. Validation shows good agreement between simulating results and experimental data. Furthermore, internal transport phenomena are discussed and compared for PEM fuel cells with conventional and interdigitated flows. It is found that the dead-ended structure of an interdigitated flow does increase the oxygen mass fraction and decrease the liquid water saturation in the gas diffusion layer as compared to the conventional mode of flow. However, the cathode humidification is important for an interdigitated flow to acquire better performance than a conventional flow fuel cell.     

无外增湿操作质子交换膜燃料电池

采用Nafion112膜组装 5cm2 活性面积质子交换膜燃料电池 (PEMFC) ,在无外增湿反应气体条件下试验了氢气和氧气并流和逆流时电池的工作性能。实验结果发现 :气体并流时 ,电池的最佳工作温度是 6 0℃ ;气体逆流时 ,电池可以在 80℃稳定工作 ,且性能与外增湿条件下的电池性能相比无明显下降。将PEMFC的活性面积放大到 14 0cm2 ,电池仍可以在气体逆流、80℃和无外增湿条件下稳定工作。     

无外增湿质子交换膜燃料电池线性温度扫描实验

为分析温度对电池性能影响的主要原因,搭建采用半导体制冷片作为新型控温设备的模糊控制温度控制实验测试平台,对实验室自制的无外增湿阴极开放式质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)进行了线性温度扫描实验。通过跟踪电池随温度变化的输出特性,得到不同负载电压下电池最佳工作温度点。从PEMFC水热平衡管理的角度,着重分析了PEMFC分别在大/小负载情况下,温度对电池性能的影响的原因。     

湿化燃气轮机循环的性能分析

能源危机和环境污染的问题使人们对能源利用效率和环保的要求日益增加,同时经济的快速发展也使人们对电能的需求量越来越大。据国际能源协会(IEA)预测,电能的消耗将以平均每年2·4%的速度增长,因此效率高、比功输出大、对环境污染少成为目前发电技术所努力追求的目标。随着分布     

瓜尔胶-丙烯酸高吸水树脂涂布对吸潮的影响

在成功合成瓜尔胶-丙烯酸高吸水树脂的基础上,研究表面涂布该吸水树脂的手抄纸的吸潮特性。探讨丙烯酸用量、引发剂用量、亚硫酸钠与引发剂的比值、交联剂用量等对吸潮率的影响。结果表明：当丙烯酸用量10g,引发剂用量0．08g,交联剂用量0．005g,亚硫酸钠与引发剂用量比值为1：3时,在恒温恒湿箱温度25℃,湿度80RH,吸潮4h的时候,吸潮效果最佳,吸潮率可以达到230％。     

高钙煤灰增湿脱硫的热天平模拟实验

采用热天平研究了低温（30℃0－130℃）条件下湿高钙煤灰的脱硫特性。指出水是低温下高钙煤灰进行脱硫反应的前提条件,同时探讨了水钙摩尔比（H2O／CoO）、温度、二氧化硫深度和钙硫摩尔比（Ca／S）对煤灰脱硫效率的影响。结果表明：随着H2／CaO、二氧化硫浓度和Ca／S的增大,脱硫效率增大;随着温度的升高,脱硫效率降低。     

高压喷雾加湿器在地下工程空调机组中的应用

结合工程实例,介绍了高压喷雾加湿器在地下工程空调机组中的应用,并对喷头喷射方向、加湿段与集水盘设置、挡水板选择、加湿控制等问题进行了分析。     

基于恒流配气方式的微气体传感器测试系统研究

为了安全、方便、可靠地进行气体敏感单元气敏性能测试,设计了一套基于恒流配气方式的微气体传感器测试系统.根据道尔顿分压定律和阿马伽定律,给出了恒流配气系统的理论实现公式.设计并制作了安全、可靠、防爆、防泄漏的反应室和基于气体饱和法的加湿装置.基于NI USB 6215系列多功能数据采集卡,以LabVIEW8.5为软件开发平台,开发了微气体传感器测试系统软件控制界面和尾气监控界面.制作了基于SnO2敏感薄膜的气体传感器原型,通过测试系统测得在2 000×10-6h2浓度时气敏效果最好,灵敏度约24,响应时间约2 s,回复时间约200 s,且在2 000×10-6 H2浓度时,出现了气敏薄膜吸氢饱和现象.实验验证了该测试系统的可靠性.     

水蒸气增湿对重塑黄土抗剪强度影响的试验研究

为研究水蒸气增湿对重塑黄土抗剪强度指标的影响,以兰州市大青山地区重塑黄土为研究对象,进行不同水蒸气压力（0.05MPa、0.1MPa）下的重塑黄土高温高压水蒸气扩散柱增湿,采用快剪试验研究不同水蒸气压力增湿作用下土体抗剪强度指标的变化规律。结果表明,同一深度处,水蒸气增湿后土体的含水率沿径向减小,抗剪强度沿径向递增,水蒸气压力0.1MPa时各点处的抗剪强度均小于水蒸气压力0.05MPa时;距水蒸气扩散柱15cm处的土体含水率终将达到土体自身性质所决定的最大值,故15cm处土体的抗剪强度基本相同;同一深度处黏聚力沿径向增大,内摩擦角总体沿径向增长,但增长极小,同一点处水蒸气压力0.1MPa时的黏聚力、内摩擦均小于水蒸气压力0.05MPa时;沿深度方向,与通气点相同距离处的土体黏聚力表现出随填筑层数的增加而增加,内摩擦角没有明显差异。