[发明专利]一种向上喷淋式除霾水汽能收集器设计方法

摘要

一种向上喷淋式除霾水汽能收集器设计方法包括高压喷嘴、集水装置、除水装置及风机组成；所述向上喷淋式除霾水汽能收集器属于利用水汽能收集器冬季制热及净化大气污染领域。所述喷嘴布置在装置底部集水装置上方并向上喷淋溶液，溶液液滴先上升运动，而后在重力作用下落入装置底部集水装置内。所述装置提高了传统装置的换热效率且可用于治理雾霾；所述向上喷淋式除霾水汽能收集器设计方法是根据液滴动力学及热力学分析，在确保液滴上升高度小于喷嘴距离除水装置之间垂直距离的前提下，通过调整风速，喷淋速度，液滴粒径，提高溶液出口温度及除霾效率的方法。

主权项

1.一种向上喷淋式除霾水汽能收集器设计方法，其特征在于：所述向上喷淋式除霾水汽能收集器包括高压喷嘴(13)、集水装置(14)、除水装置(12)及风机(11)；所述向上喷淋式除霾水汽能收集器内部无填料或翅片管，所述风机(11)设置在所述收集器顶部，将室外空气从所述收集器底部风口抽入所述收集器，所述向上喷淋式除霾水汽能收集器采用喷淋换热方式吸收空气中水汽能并除去雾霾粒子；所述喷嘴(13)布置在装置底部集水装置(14)上方并向上喷淋溶液，溶液液滴先上升运动，而后在重力作用下落入所述收集器底部集水装置(14)；所述溶液液滴上升高度小于所述喷嘴(13)距离所述除水装置(12)的垂直距离所述设计方法具体包括以下步骤：首先根据室外空气温度，空气湿度，溶液初始温度，装置高度，装置内风速，溶液液滴直径，喷淋速度，溶液浓度，利用龙格库塔数值计算方法进行计算可以得出空气温湿度变化、溶液温度变化及装置除霾效率，计算方法如下：对所述向上喷淋式除霾水汽能收集器进行动力学及热力学分析，得到微分方程组：式中，u_dr为上升液滴速度，下标r表示上升液滴，u_df为下降液滴速度，下标f表示下降液滴；Z为塔高；C_d为阻力系数，与雷诺数相关，雷诺数Re＝u_zd/γ，d为液滴直径，γ为空气运动黏度，Re＜1.9时，C_d＝24/Re，1.9≤Re＜508时，C_d＝18.5/Re^3/5，508≤Re≤200000时，C_d＝0.44，u_z为相对速度u_d‑u_g，ρ_d为溶液密度，ρ_g为空气密度；T_sr和T_sf为液滴上升阶段和下降阶段温度；h_r和h_f为液滴上升阶段和下降阶段的对流换热系数，λ₀为水蒸气气化潜热，C_ps为溶液的比热；T_g为空气温度，C_ρg为干空气比热，C_pv为水蒸气比热；y为空气含湿量，G为空气流量，为单位时间通过微元段的溶液表面积，Q_s为溶液流量，N_wr和N_wf为向上及向下液滴表面水蒸气摩尔质量通量，M_w为水的摩尔质量；然后，只需已知液滴和空气的初始状态参数，则可以利用龙格库塔数值计算方法求解上述微分方程组，求出液滴和空气的末状态参数以及液滴和空气的状态参数随着塔高方向的变化；而后，根据液滴和空气沿塔高的温度及液滴的速度分布，可以按下式计算出单个液滴的除霾效率：其中，为颗粒施密特数，μ_g为空气动力粘度，D_p为颗粒扩散系数；为颗粒斯托克斯数，C_c为修正系数，ρ_p为颗粒物密度，d_p为颗粒直径；μ_s为溶液动力粘度；为颗粒临界斯托克斯数，k_g和k_p分别为空气和颗粒的导热系数，λ为空气的平均自由程，P为大气压力，Pr为空气的普朗特数，T_s为溶液温度；计算出单个液滴除霾效率后，由下式计算出所述的向上喷淋式除霾水汽能收集器的整体除霾效率：其中，ud为喷淋速度，ZH为装置高度，然后在确保液滴上升高度小于喷嘴(13)距离除水装置(12)之间垂直距离的前提下，通过调整风速，喷淋速度，液滴粒径，提高溶液出口温度，保溶液充分吸收水汽能；通过类似方式，可优化装置除霾效率；最后根据优化后的参数计算溶液吸湿量，并用于指导设计溶液浓缩装置。