在中国南方和沿海城市，高温和高湿度导致20%-40%的空调电力消耗用于湿度控制[1]，[2]。高效节能的空气除湿技术可以有效降低空调系统的能耗，减轻电网的压力。
目前，主流的空气除湿技术包括冷凝除湿、固体吸附剂除湿和液体干燥剂除湿[3]。其中，液体干燥剂除湿技术因其高除湿效率和能够利用低品位废热进行溶液再生而受到广泛关注。1955年，Lof等人[4]首次提出了以三乙二醇（TEG）作为液体干燥剂的太阳能驱动液体除湿系统，此后该技术进入了快速发展阶段。不幸的是，在溶液除湿过程中，处理空气与高腐蚀性干燥剂溶液的直接接触会导致干燥剂颗粒进入处理后的空气中，这对室内人员的健康构成严重威胁，并对建筑材料和家具造成腐蚀损坏[5]。基于膜的液体干燥剂除湿技术通过半透膜将干燥剂溶液与潮湿空气物理隔离，有效解决了传统液体干燥剂除湿技术的固有缺陷。其原理是膜仅允许水蒸气通过，从而防止其他气体和液体的扩散[6]。显然，基于膜的液体干燥剂除湿技术是空气除湿技术领域的一个关键研究方向。
基于膜的液体干燥剂除湿系统中使用的膜可以根据结构差异分为平板膜[7]和中空纤维膜[9] [10]。中空纤维膜因其高填充密度和自支撑特性而受到特别青睐[11]，[12]。与传统液体除湿方法相比，基于膜的液体干燥剂技术可以在保持相同潜热效率的同时实现更高的显热效率[13]。中空纤维膜液体干燥剂除湿系统通常需要冷却器和加热器来保证其除湿和溶液再生性能。通过太阳能或热泵为系统提供再生热能，可以有效降低系统能耗并提高整体性能[14]，[15]。然而，传统和基于膜的液体除湿系统都面临同样的问题：液体干燥剂对系统内的金属部件具有很强的腐蚀性，即使是304L不锈钢也无法抵抗这种腐蚀[16]。为了解决这个问题，提出了两种方法：干燥剂溶液改性[17]和泵防腐蚀处理[19] [20]。显然，这会增加系统的资本和运营成本。Men等人[21]和Zhang等人[22]指出，泵的初始投资占总系统成本的10%以上。为了解决液体泵的腐蚀问题，Fazilati等人[23] [24]放弃了传统的机械泵，转而利用溶液密度差来驱动溶液流动。实验结果证实了这种方法的可行性。然而，循环直径、换热器容量和系统倾斜角度对溶液流动以及热质传递特性的影响仍需进一步研究。
总之，基于膜的液体干燥剂除湿系统在实际应用中展现出广阔的发展前景。但由于干燥剂溶液的强腐蚀性，导致与溶液泵相关的制造和维护成本增加。因此，本研究进行了以下工作：（1）利用系统内部温度和浓度分布不均匀产生的密度梯度来驱动溶液流动，从而实现无泵运行，大幅降低初始投资和长期运营成本；（2）开发并验证了完全无泵的自然循环膜液体除湿系统的耦合迭代模型，系统地研究了换热器容量、溶液通道直径和系统倾斜角度对溶液自然循环及膜间热质传递的影响；（3）实现了较低的再生温度（42.7-45.2°C），便于利用工业废热或太阳能。这些成果为无泵自然循环膜除湿系统的最佳设计提供了理论指导。
