Numerical investigation of spray dehumidification process of moist air

Abstract

This investigation focuses on the heat and mass transfer in dehumidification process of the moist air. The interaction of water droplets with the hot, moist air which is flowing in contrary to the water spray is studied in a chamber. Two dimensional and three dimensional simulations are performed in order to study the effect of various parameters on heat and mass transfer.The parameters such as droplet diameter,spray mass flow rate, droplet temperature,number of injections, spray cone angle, and spray location are considered. The results show that smaller droplets lead to higher humidity reduction at the outlet. However droplet size effect on temperature and relative humidity depends on the optimum radius. If droplets are smaller than optimum radius, increasing their size results in enhancement of heat transfer. On the other hand, if droplets are larger than the optimum radius, by increasing the droplet diameter heat transfer decreases. It is found that heat and mass transfer are proportional to mass flow rate of the spray. Furthermore results indicate that decreasing the coolant temperature causes humidity and temperature reduction at the outlet. In addition, spray cone angle effect is found to be negligible. Results demonstrate that using more sprays in the chamber helps to diffuse the droplets to regions close to the wall. It is concluded that location of the spray does not have significant effect on bulk temperature at the outlet.

Bu çalışmada nemli havanın neminin alınması işlemindeki ısı ve kütle transferi araştırılmıştır. Yapılan araştırmada su spreyinin tersi yönünde akan sıcak nemli hava ile su damlacıklarının etkileşimi bir kanal içerisinde incelenmiştir. Çeşitli parametrelerin ısı ve kütle transferine etkisini incelemek için iki boyutlu ve üç boyutlu simülasyonlar geliştirilmiştir. Bir parametrenin etkisinin incelenmesi üzerine çalışılırken, diğer tüm parametreler sabit tutulmuştur. Damlacık çapı, sprey kütle akış hızı, damlacık sıcaklığı, enjeksiyon sayısı ve sprey açısı gibi parametreler çalışmada analiz edilmiştir. Ancak, damlacık boyutunun sıcaklık ve bağıl nem üzerine etkisi optimum yarıçapa bağlıdır. Eğer damlacıkların boyutu optimum yarı çaptan küçük olursa, damlacık boyutlarındaki büyüme ısı transferini iyileştirmeye yönelik etki gösterir. Öte yandan, damlacıkların boyutu optimum yarı çaptan büyük olursa, damlacık boyutları büyüdükçe ısı transferi azalır. Isı ve kütle transferi miktarının, spreyin kütlesel debisi ile orantılı olduğu görülmüştür. Ayrıca elde edilen sonuçlar soğutucu sıcaklığındaki azalmanın, çıkışta nem ve sıcaklık değerlerinin azalmasına sebep olduğunu göstermektedir. Ek olarak, sprey açısı etkisinin ihmal edilebilir olduğu görülmüştür. Elde edilen sonuçlar doğrultusunda, kanalda fazla sayıda sprey kullanımının nem alma etkisini duvara yakın bölgelere yaydığı gözlemlenmiştir. Ayrıca spreyin konumunun çıkıştaki yığın sıcaklığına önemli bir etkisi olmadığı belirlenmiştir.