卤盐溶液具有吸湿性可用来去除空气中的水分,其依赖于水蒸气分压力差驱动除湿,且可利用太阳能、余热、废热等再生,因此节能效果显著,在空气调节领域的应用前景广阔。溴化锂和氯化锂溶液作为常用吸湿剂,与湿空气之间的热质交换是决定除湿/再生效果的关键过程。尽管大量实验研究工作已经准确揭示了动力学参数变化时溶液除湿/再生过程的热质传递特性,但热力学参数对传质过程的影响尚未有统一的认识,目前发展的传质系数关联式型式不统一,对设备开发以及性能评估造成了困难;且传质强化手段有限,机理研究欠缺。因此,本文采用分子动力学模拟与实验研究相结合的方法揭示了盐溶液与湿空气之间能量、质量输运过程的机理,为发展强化传质新方法以及建立统一的传质系数关联式型式奠定基础。具体研究内容与结果如下:首先,为保证分子动力学模拟的准确性,优选了适合描述浓溶液中粒子间相互作用的全原子力场;继而对比了平衡态时盐溶液与湿空气构成的气液两相系统界面层及液相体相特征。分别统计了粒子数目密度分布、径向分布函数、氢键分布、水分子取向和离子周围水分子取向,反映了气液两相系统的结构和主导相互作用;分析了溶液温度和浓度对水分子扩散系数和界面层厚度的影响,进而得出了界面层传质阻力的变化。结果表明溶液温度越高,浓度越低,水分子、锂离子和卤素离子在界面法向的分布越均匀,界面层中的总粒子数越多。离子的出现大大抑制了氢键的形成,常用浓度的溴化锂和氯化锂溶液中氢键不占主导作用。在液相体相,水分子偶极方向等概率随机分布,而在界面层中,水分子偶极方向倾向于略微指向气侧。锂离子周围水分子的偶极方向完全背对锂离子,卤素离子周围的水分子仅一个氢原子更靠近卤素离子,且锂离子近距离内的水分子数目比卤素离子多,故锂离子的离子-偶极相互作用强于卤素离子。由于粒子数目密度分布差异,界面层中水分子扩散系数在界面法向的分量远小于在界面切向的分量,但两者都大于水分子在液相体相的扩散系数;随着溶液浓度升高,界面层厚度与界面层水分子平均扩散系数的比值显著上升,这意味着界面层传质阻力的增大。其次,为研究溶液除湿/再生过程的分子迁移行为,分子动力学模拟了溴化锂溶液与空气之间能量、质量输运的非平衡过程,获得了溶液温度、浓度、干空气密度以及空气中水蒸气密度对输运过程的影响,讨论了分子迁移行为对质量、能量输运的贡献。追踪水分子的轨迹发现,水分子从空气侧向溶液侧迁移的过程可发生吸收、反射和置换行为,其中反射包括界面反射和气相空间反射;水分子从界面层向空气中迁移的过程可发生释放、反射和置换行为。净水分子输运量应同时考虑吸收、释放、反射和置换四种行为,宏观除湿和再生均是这四种行为的综合结果。空气中水蒸气密度的提高主要增加了水分子吸收量而干空气密度的提高则主要增加了水分子反射量;同比例提高空气中所有组分的密度可显著增加水分子净吸收量,因为吸收量的增加比例远大于反射量的增加比例。四种输运行为的直接温度效应研究显示水分子的界面反射对净质量输运量无贡献但对净能量输运量有贡献,水分子的吸收和释放对净质量输运量和净能量输运量皆有贡献。水分子的迁移行为研究有益于从微观角度认识盐溶液与湿空气间的耦合热质传递以及传质性能的提升。然后,定量分析了输运水分子与盐溶液-空气系统中各组分之间的相互作用大小;为判断溶液中水分子、锂离子和卤素离子产生相互作用的大小,提出了累积相互作用概念,并建立了相互作用大小与水分子取向之间的关联。结果表明,空气中氮气和氧气分子与被吸收水分子之间的吸引相互作用极小,不考虑气相空间反射时,其对水分子从空气向溶液迁移过程的阻碍作用微弱。非平衡吸收过程中溶液中各组分产生吸引相互作用的大小顺序与平衡态时不同;在平衡态时,液相中单个锂离子与水分子之间的平均吸引相互作用最大,其次为单个卤素离子与水分子之间的平均吸引相互作用;而对非平衡吸收过程,在吸收初始阶段,水分子刚进入界面层时,溶液中单个卤素离子与被吸收水分子之间的平均吸引相互作用最大,这是因为被吸收水分子刚进入界面层时,有至少一个氢氧键朝向溶液侧的概率超过了80%,随着吸收过程的进行,被吸收水分子向液相体相扩散并调整围绕离子的取向,锂离子产生的吸引相互作用大大提升,结果逐渐向平衡态时转变。溶液中各组分与被释放水分子之间的吸引相互作用大小顺序与吸收时基本相同,吸引相互作用在释放过程阻碍水分子向空气的运动但在吸收过程促进水分子向溶液的运动。这为调整水蒸气分子偶极方向以及离子分布可能强化传质提供了理论支撑。最后,为研究传质速率快慢的影响因素,类比化学反应,采用伞形抽样方法得出了不同溶液温度和浓度时水分子从液相体相经过界面层进入空气过程中的自由能势能面。发现水分子释放过程有巨大的自由能垒而水分子吸收过程几乎没有自由能垒,这意味着宏观溶液再生过程的传质系数远低于除湿过程。随着溶液温度的升高以及溶液浓度的降低,水分子释放过程自由能垒降低,即再生过程传质系数升高。开展了溴化锂溶液降膜除湿/再生实验研究,发现在传质驱动力数值相同时,除湿过程传质系数仍远高于再生过程,且再生过程传质系数随溶液温度的增加和溶液浓度的减小而显著增大,与通过自由能垒变化预测的结果一致。用自由能垒准确预测了宏观中卤盐溶液与空气之间传质系数大小的规律,阐述了传质过程强弱变化的机理,为发展统一的传质系数关联式型式奠定了基础。