Moisture transport in silica gel packed beds—I.Theoretical study

Diffusion mechanisms of moisture within silica gel particles are investigated. It is found that for microporous silica gel surface diffusion is the dominant mechanism of moisture transport, while for macroporous silica gel both Knudsen and surface diffusions are important. A model is proposed for simultaneous heat and mass transfer in a thin packed bed of desiccant particles, which accounts for diffusion of moisture into the particles by both Knudsen and surface diffusions. Using finite difference methods to solve the resulting partial differential equations, predictions are made for the response of thin beds of silica gel particles to a step change in air inlet conditions, and compared to a pseudo-gas-side controlled model commonly used for the design of desiccant dehumidifiers for solar desiccant cooling applications. On étudie les mécanismes de diffusion de l'humidité dans les particules de silicagel. On trouve que pour le silicagel microporeux, la diffusion de surface est le mécanisme dominant du transfert d'humidité, tandis que pour le silicagel macroporeux les diffusions de Knudsen et de surface sont de même importance. On propose un modèle pour le transfert de chaleur et de masse dans un lit fixe mince, en prenant en compte les deux types de diffusion. En utilisant la méthode des différences finies pour résoudre les équations aux dérivées partielles, on calcule la réponse des lits minces de particules de silicagel à un changement en échelon des conditions à l'entrée d'air, et on compare au cas d'un modèle communément utilisé pour le dimensionnement des déshumidificateurs pour applications solaires de réfrigération avec dessicateurs. Untersucht wird der Mechanismus der Feuchtigkeitsdiffusion in Silikalgelpartikeln. Es zeigt sich, daβ für feinporöses Silikagel die Oberflächendiffusion der dominierende Transportmechanismus für die Feuchtigkeit ist, während für makroporöses Silikagel die Diffusion nach Knudsen und die Oberflächendiffusion wichtig sind. Für den simultan verlaufenden Wärme- und Stofftransport in einem Dünnschichtbett von Trocknungspartikeln wird ein Modell vorgeschlagen, welches die Feuchtigkeitsdiffusion in die Partikel nach Knudsen und durch Oberflächendiffusion berücksichtigt. Zur Lösung der partiellen Differentialgleichung wird die Methode der Finiten-Differenzen benutzt, um Voraussagen über das Verhalten von Silikagelpartikeln bei schrittweiser Veränderung der Zuluftzustände im Dünnschichtbett zu machen. Dies wurde mit einem Modell verglichen, welches—nur scheinbar—gasseitig gesteuert ist und normalerweise für die Auslegung von Trockenentfeuchtern zur solaren Trockenkühlung Anwendung findet. Иccлeдyютcя мeчaнизмы диффyзии в чacтипaч cиликaгeля. Ycтaнoвлeнo, чтo в cлyчae микpoпopиcтoгo cиликaгeля пoвepчнocтнaя диффyзия являeтcя ocнoвным мeчaнизмoм пepeнoca влaги. в тo вpeмя кaк для мaкpoпopиcтoгo cиликaгeля oдинaкoвo cyщecтвeннa кaк кнyдceнoвcкaя, тaк и пoвepчнocтнaя диффyзия. Пpeдлoжeнa мoдeль coвмecтнoгo тeплo- и мaccooбмeнa в тoнкич плoтныч cлoяч чacтиц-ocyщитeлeй, oпиcывaющaя кнyдceнoвcкyю и пoвepчнocтнyю диффyзию в чacтипaч. C пoмoщью кoнeчнop aзнocтныч мeтoдoв peщeния пoлyчeнныч диффepeнциaльныч ypaвнeний в чacтныч пpoизвoдныч paccчитaнa чyвcтвитeльнocть тoнкич cлoeв чacтип cиликaгeля нa cтyпeнчaтыe измeнeния ycлoвий пoдaчи вoздyчa и пpoвeдeнo cpaвнeниe c пceвдoг aзoвoй мoдeлью, oбычнo пpимeняeмoй пpи пpoeктиpoвaнии ocyщитeлeй для oчлaждeния ycтaнoвoк c иcпoльзoвaниeм coлнeчнoй энepгии.