液体除湿技术是调节人们生产和生活的环境湿度,实现温湿度独立控制的有效方式。热泵驱动的中空纤维膜液体除湿系统同时利用蒸发器和冷凝器对除湿溶液与再生溶液进行冷却和加热,系统的能源综合利用效率高。由于系统的除湿器与再生器采用中空纤维膜组件,空气和除湿溶液在膜组件中被选择性透湿膜隔离,只允许空气中的水蒸气透过,而阻止溶液与其他气体渗透,从而避免了液体除湿过程中溶液小液滴随空气逸出对新风的污染。因此,热泵驱动的中空纤维膜液体除湿系统是一种节能环保的新技术。但是目前对整个除湿系统热力学过程的研究还存在不足。为此,本文对热泵驱动的中空纤维膜液体除湿系统的传热传质特性进行了深入研究,建立了描述系统热力过程的数学模型,揭示了系统的热力学基本规律,提出了系统性能提高的新途径。本文的研究内容主要包括以下几个方面:(1)通过将众多的中空纤维膜管束等效地转化为平板膜的方式,建立了膜组件的耦合传热传质模型,简化了模型的复杂程度,方便实际工程应用,并用实验值对模型进行了验证。研究发现,由于NTUsen(传热单元数)大于NTULat(传质单元数),所以空气与溶液间的传热过程快于传质过程。管束填充率是影响组件性能的主要因素,增大组件的管束填充率是提高除湿性能的一个有效途径。而管束排列方式对组件性能的影响较小,三角形排列管束与四边形排列管束相比,虽然增加了空气侧的阻力,但是具有更高的传热与传质效率。(2)为了提高系统的计算精度,利用分布参数模型模拟热泵系统的换热器,建立了热泵驱动的中空纤维膜液体除湿系统的稳态数学模型。搭建了除湿系统联合运行试验测试装置,利用实验值对模拟结果进行了验证。研究发现,在不同的操作条件下,除湿系统SDP(单位膜面积的除湿量)都高于100 gh-1m-2,系统的除湿效率为0.3-0.5之间,该值接近直接接触式填料塔的除湿效率。EER(热泵能效比)和COP(系统制冷系数)随着空气流量、新风温度和相对湿度的增加而增加。但是随着溶液流量增大,EER增大,COP降低。系统的EER都大于3.75,COP的变化范围为0.4-0.9。因此,除湿系统具有很好的能源综合利用效率。(3)建立了整个系统的动态数学模型,并用实验值对模型进行了验证。该模型可以很好地模拟系统启动阶段的传热传质变化过程以及系统在外部条件变化情况下的瞬态响应,可用于实际操作的实时仿真。研究发现,在系统的启动阶段,溶液初始浓度和储液罐中的溶液量是影响启动时间的关键因素。调节溶液初始浓度接近于溶液的平衡态浓度或者减小储液罐中的溶液量,可以降低系统的启动时间。而系统启动时间受溶液初始温度的影响较小。在我国南方夏季的典型热湿气候条件下,根据天气变化调节压缩机转速是满足湿负荷变化的一个有效方法。(4)为了解决除湿溶液对金属换热器的腐蚀问题,利用空气作为中间介质实现热泵与溶液的换热;同时采用多级冷却-除湿与加热-再生过程来改善系统的热力学性能。建立了整个系统的数学模型,并用实验值对模型进行了验证。研究发现,多级除湿系统可以使除湿器出口溶液浓度更低,增大系统除湿量;冷凝器的平均温差减小,降低传热过程的不可逆损失;系统的冷凝温度降低,提高热泵的性能,整个系统的COP可以提高20%。对于我国南方夏季典型的热湿气候条件,在除湿侧,多级过程的制冷-除湿面积比为1.4,溶液流量比为3时;在再生侧,多级过程的加热-再生面积比为1.286,溶液流量比为4时,系统的热力学性能最好。(5)对除湿组件以及整个除湿系统进行了热力学优化分析。利用质量火积耗散分析了中空纤维膜组件的不可逆损失。研究发现,当空气与溶液流量相同时,组件传质的不可逆损失最小。错流除湿组件的最小湿阻因子不像逆流除湿组件在溶液进口状态等浓度线上,而是在偏离等浓度线使得空气与溶液的的水蒸气分压力差更大的点。通过湿阻和流动阻力的综合分析,得出了系统的优化结构参数。利用能量平衡系数分析了系统的能量供求关系,研究发现,当蒸发器与冷凝器溶液比为1.6,压缩机转速调整为2900 rpm,冷却水流量为45 m3/h时,整个系统的除湿过程和再生过程能同时达到能量匹配,系统的性能可以得到有效地提高。