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小型独立文物展柜通过湿度控制系统将展柜内文物保存微环境控制在合理范围。加湿过程持续消耗恒湿系统水箱中的水,为维持恒湿系统的正常运行,需不断向水箱内补充水分。人工补水费时费力,且会增加因未能及时补水导致文物发生损坏的安全隐患。空气中富含水分且无处不在,可以成为恒湿系统的补水水源。目前国内外已有不少机构研制了空气取水设备,其中绝大多数是基于制冷结露原理。这些设备具有体积小、结构简单的优点,但在博物馆的低湿度环境下并不适用。在对比分析各种空气取水方法优缺点的基础上,针对独立展柜体积小、布置灵活的特点,为研制一款结构紧凑、体积小巧的恒湿独立展柜用空气取水装置,本文主要开展了以下工作:(1)基于博物馆设备安全无毒的运行要求,选用化学性质稳定、再生温度低、无腐蚀性的硅胶作为吸附剂,在吸附阶段吸附展柜外空气中的水蒸气,在脱附阶段通过加热使水蒸气释放出来,并对释放的水蒸气进行降温冷凝。选择风冷作为冷凝器的散热方式,设计了一种新型冷凝换热肋片结构,选择径向流吸附器作为吸附器形式,最终成功设计了一款恒湿文物展柜用空气取水装置。(2)通过初步实验确定了依靠装置内外温差导致的自然对流进行取水的运行模式。然后在不同空气温湿度、加热功率以及吸附床结构下开展了实验研究,研究结果表明:随着进口空气相对湿度增加,每个周期的取水量增加,进口空气温度对于周期取水量影响较小;随着加热功率增加,周期取水量先因床层出口空气含湿量增加而增加,后因冷凝器冷凝能力限制而下降;随着加热功率增加,脱附所需时间减少,单位能耗取水量先增加后减少,在取水量满足需求的情况下,应优选单位能耗取水量最佳的加热功率;适当减小中心流道直径能够增加吸附床内硅胶质量从而提高取水量。最后将装置的取水量与独立展柜恒湿系统的补水需求量进行对比,结果表明该装置能够满足文物展柜恒湿系统的补水需求。(3)构建了动态热质耦合传递的取水性能模型,对取水过程中吸附床结构、加热功率等参数对装置性能的影响进行了计算分析,结果表明,在一定范围内降低床层高度、增加床层厚度能够提高装置性能,但床层过厚将导致传热恶化以及过多的热量通过外部保温层耗散,致使装置单位能耗取水量有所下降;当无量纲床层高度(吸附床高度与中心流道半径之比)为2、无量纲外多孔筒半径(环形流道内径与中心流道直径之比)为4、加热功率为20W时,装置的单位能耗取水量最高;在现有装置结构下,加热功率为25W、脱附取水时间为14046s时,装置的单位能耗取水量最高。