Conjugate heat and mass transfer in a hollow fiber membrane module used for liquid desiccant air dehumidification is investigated. The module is like a shell-and-tube heat exchanger where the liquid desiccant stream flows in the tube side, while the air stream flows in the shell side in a counter flow arrangement. Due to the numerous fibers in the shell, a direct modeling of the whole module is difficult. This research takes a new approach. A representative cell comprising of a single fiber, the liquid desiccant flowing inside the fiber and the air stream flowing outside the fiber, is considered. The air stream outside the fiber has an outer free surface (Happel’s free surface model). Further, the equations governing the fluid flow and heat and mass transfer in the two streams are combined together with the heat and mass diffusion equations in membranes. The conjugate problem is then solved to obtain the velocity, temperature and concentration distributions in the two fluids and in the membrane. The local and mean Nusselt and Sherwood numbers in the cell are then obtained and experimentally validated

چکیده

انتقال جرم و حرارت دوگانه در یک ماژول غشای فیبری توخالی که برای رطوبت­ زدائی هوای خشک ­کن مایع استفاده می­ شود، مورد بررسی قرار گرفته است. ماژول شبیه به یک مبدل حرارتی پوسته و لوله است که در آن جریان خشک ­کن مایع در قسمت لوله جریان می ­یابد، در حالی که جریان هوا در قسمت پوسته با آرایش جریان ناهمسو جاری می­ شود. به دلیل وجود فیبرهای متعدد در پوسته، مدل ­سازی مستقیم از کل ماژول دشوار است. این پژوهش یک رویکرد جدید را اتخاذ کرده است. یک سلول نماینده متشکل از یک فیبر منفرد، خشک ­کن مایع که در داخل فیبر و جریان هوا که در خارج فیبر جریان یافته است، در نظر گرفته شده است. جریان هوا در خارج فیبر دارای یک سطح آزاد بیرونی است (مدل سطح آزاد هپل). علاوه بر این، معادلات حاکم بر جریان سیال و انتقال حرارت و جرم در این دو جریان با معادلات نفوذ حرارت و جرم در غشاها ادغام شده است. سپس مساله ­ی دوگانه برای به دست آوردن توزیع سرعت، دما و غلظت در دو سیال و غشاء حل شده است. پس از آن اعداد موضعی و متوسط ​​ناسلت و شروود سلول به دست آمده و به صورت تجربی اعتبارسنجی شدند.

1-مقدمه

رطوبت ­زدائی هوا یک مسئله ­ی کلیدی در صنایع مختلف مانند تهویه ­ی هوا، تصفیه­ی گاز طبیعی، کنترل زیست محیطی کارگاه الکترونیک و غیره می ­باشد. اگر چه روش ­های زیادی برای این عملیات در دسترس هستند، اما رطوبت ­زدائی هوای خشک ­کن مایع به دلیل حسن بی­ تناقضش در بهره ­وری بالا، عدم تراکم قطرات آب مایع، و مصرف انرژی نسبتا کم ­تر، جذاب ­تر است...