Heat and mass transfer in hygroscopic hydrogels

自愈水凝胶 材料科学 解吸 传质 热导率 水蒸气 化学工程 吸附 热扩散率 传热 热力学 复合材料 吸附 高分子化学 化学 有机化学 物理 工程类
作者
Carlos D. Díaz‐Marín,Lenan Zhang,Bachir El Fil,Zhengmao Lu,Mohammed Alshrah,Jeffrey C. Grossman,Evelyn N. Wang
出处
期刊:International Journal of Heat and Mass Transfer [Elsevier]
卷期号:195: 123103-123103 被引量:34
标识
DOI:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2022.123103
摘要

Sorption and desorption with hygroscopic hydrogels hold significant promise for thermal management, passive cooling, thermal energy storage, and atmospheric water harvesting. However, a comprehensive understanding of the energy and mass transport mechanisms in hygroscopic hydrogels remains missing, impeding accurate modeling and optimization. In this work, we develop a model for the simultaneous vapor, water, and heat transfer in hygroscopic hydrogels during sorption and desorption processes. We show that by considering vapor diffusion in the hydrogel micropores, water diffusion in the polymer mesh, and heat transfer in the porous hydrogel, we can accurately capture experimentally observed thermally-driven desorption rates in these hydrogels. Furthermore, we consider three typical operating configurations of hydrogels and elucidate the differences in the transport mechanisms depending on the configuration. Finally, for each of these configurations, we identify key design parameters, including hydrogel thickness, hydrogel shear modulus, heat transfer coefficient, and thermal conductivity, and we parametrically show that by varying these parameters, a hygroscopic hydrogel can desorb up to 128.5%, 14.9%, 69.7%, and 9.6% more water, respectively, relative to the initial water content. This work provides a generic framework to model sorption and desorption processes in hygroscopic hydrogels which can guide the design and optimization in applications of thermal management, passive cooling, thermal energy storage, and atmospheric water harvesting with hydrogels.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
1秒前
1秒前
2秒前
3秒前
3秒前
3秒前
顺利的志泽完成签到,获得积分10
3秒前
4秒前
4秒前
高级后勤完成签到,获得积分10
4秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
5秒前
killer发布了新的文献求助10
5秒前
TTLOVEDXX完成签到,获得积分10
5秒前
环境恢复发布了新的文献求助20
6秒前
善学以致用应助plst采纳,获得10
6秒前
风清扬应助顺利的志泽采纳,获得30
7秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
7秒前
虚幻灵松发布了新的文献求助10
7秒前
8秒前
8秒前
可可发布了新的文献求助10
8秒前
CAOHOU应助高CA采纳,获得10
9秒前
GPTea应助高CA采纳,获得20
9秒前
情怀应助高CA采纳,获得10
9秒前
10秒前
默默发布了新的文献求助10
10秒前
11秒前
12秒前
阿斌完成签到,获得积分10
12秒前
13秒前
橙橙发布了新的文献求助10
13秒前
fufu发布了新的文献求助10
13秒前
两张发布了新的文献求助10
14秒前
14秒前
奋斗映寒发布了新的文献求助10
14秒前
杨飞完成签到,获得积分10
14秒前
王皮皮完成签到,获得积分10
14秒前
15秒前
上官若男应助手术刀采纳,获得10
15秒前
16秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Introduction to strong mixing conditions volume 1-3 5000
Agyptische Geschichte der 21.30. Dynastie 3000
„Semitische Wissenschaften“? 1510
从k到英国情人 1500
Cummings Otolaryngology Head and Neck Surgery 8th Edition 800
Real World Research, 5th Edition 800
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 计算机科学 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 复合材料 内科学 化学工程 人工智能 催化作用 遗传学 数学 基因 量子力学 物理化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5758956
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 5518438
关于积分的说明 15392719
捐赠科研通 4896143
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2633584
邀请新用户注册赠送积分活动 1581565
关于科研通互助平台的介绍 1537189