基于超声雾化的液体除湿空调系统研究结题摘要

空调系统能耗占建筑能耗的主要份额，而夏季为对空气进行除湿所消耗的能源又占据整个空调系统能耗的1/3以上。本课题打破传统除湿形式，提出一种新型的空调除湿技术--超声雾化除湿系统。该技术的核心在于通过超声波雾化作用将具有吸湿效应的除湿剂浓溶液雾化成微米级的雾滴，以这些雾滴表面为主要反应场所，通过盐雾与空气广泛接触，最终达到改善除湿效果及降低建筑能耗的目的。据此，本项目首次建立了超声雾化液体除湿空调系统的优化设计模型，通过实验对各因素对系统性能的影响进行了详尽分析。同时，基于除湿过程所遵循的基本物理规律，首次构建并验证了该除湿系统的性能理论模型；还提出了不同系统间性能的客观评价比较方法。研究结果表明，本系统具有更好的除湿性能，与现有填料式除湿系统相比，在实现相同除湿效果下，本超声雾化除湿系统的溶液消耗量减少73.94%；在溶液再生过程中，本系统所需的再生温度降低4.4℃。系统可利用更低品味的热源且再生能耗降低。本研究对建筑节能、可再生能源的利用及营造健康舒适的室内环境均具有积极的参考作用。 2100433B

鉴于目前传统液体除湿系统存在的问题，本项目提出一种以微小液滴表面作为热质交换主要场所的新型除湿方式- - 超声雾化除湿，希望通过学科交叉，深入研究这种超声雾化系统的除湿机理，分析在液体微粒表面发生的除湿过程，探讨所需雾化器的合理形式，得到合适的超声雾化液体除湿系统，进而可综合考察各主要因素对除湿效率的影响及作用规律，指导雾化除湿系统的设计，为把这种新型的空调除湿系统推向实际应用奠定基础。通过将超声技术引入到空调除湿，本项目不但有望为空调除湿技术开辟新的方向，而且能大幅降低除湿剂用量，提高液体除湿空调系统效率，降低系统阻力和再生能耗，为国家的节能减排做出贡献。

超声雾化法是高速气流以80-100KHz的频率和2-2.5马赫的高速度冲击液态金属流，使其雾化成小液滴，随后凝固成粉末。高速冲击由多个哈曼振动波管产生，哈曼管同心分布在金属液流的四周。每个哈曼管由一个可调节的共振腔组成，当气体通过喷管流出时，气流能引起伯努利(Bernoulli)效应，达到超音速度，并具有超声频率。另外，超声驻波雾化法也可以产生超声雾化。跟普通高压雾化和水雾化的三阶段过程相比，超声雾化金属液在一个阶段就被多个细小射流冲击剪碎成金属雾滴，所得粉末尺寸比较集中，平均尺寸小于20μm，粉末收得率超过90%，由枝晶臂间距估算冷却速度超过106℃/s。超声雾化能量消耗低，比普通雾化节能约1/4。目前生产铝、纯钴、镍和铁、镍基和钴基合金等已达工业生产规模，而对于钛等高熔点合金仍在进一步实验研究之中。已有报导采用超声速层状气流由2000℃的金属和陶瓷熔液制粉获得成功。 2100433B

双重超声雾化是由瑞士开发出的一种新振子进行，可工业化生产纳米结构金属粉末。新雾化装置将两种超声雾化方法(超声气体雾化与张力波雾化法)有机结合起来，克服了它们各自的局限性。新装置分两步击碎熔态金属，从而解决了熔体流直径不能过大的问题。熔态金属流首先导向由超声频率激发的管状共振器的内壁，熔态金属润湿这种振动基体，通过张力波雾化被击碎。同时,在进人同一管中的惰性气体中产生非稳态冲击波,这种压力脉冲进一步击碎张力波雾化的熔滴，从而使最终获得的粉末颗粒度细小均匀，大大提高了雾化效率，尤其适合于制备粒度在20μm以下的微细粉末。

双重超声雾化技术的一大进步是，开发出了“锤”型超声振子，比传统的两金属块“三明治”振子提高了频率、振幅与相位调制。这说明,不管什么液态金属，只要选取适宜的超声参数，都可进行高流速张力波雾化。它的另一大进步是采用了难熔合金管振子，一直到2000℃都能保持良好的声学特性，满足润湿要求，保持对熔态金属的耐蚀力。双重超声雾化器在结构上突破了常规超声张力波雾化器振子系统的结构模式，使得辐射面声强显著增加，减小了液滴粒度，超声脉冲气流可以进一步破碎雾化的液滴，从而得到更加细小的粉末颗粒，在减小粉末粒度和粒度分布区间的同时雾化效率得以显著提高。

基于过程的建模技术是当前城市建模研究的新途径之一，但是建筑语义规则大多由人工创建或由单幅图像交互生成，建筑组件简单，建模效果逼真度较差。因此，本项目将研究基于多尺度照片集的城市过程建模技术，利用照片集多尺度、多视点、多光照的特点，研究建筑规则自动生成，建筑组件逼真建模，结合GIS和卫星图像数据的城市道路及场景建模等理论、方法和关键技术，主要包括：建筑语义规则的表示方法，基于数据驱动的建筑语义规则生成方法；研究基于多尺度室外场景图像重构建筑组件几何和反射属性的建模方法；研究基于GIS数据和卫星图像的城市场景快速构建方法。研究成果在智慧城市构建、文化遗产数字化，数字娱乐与游戏等领域具有重要应用价值。