許理民 劉 剛

東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院

高壓噴霧加濕中噴霧形式對(duì)加濕效率的影響

許理民 劉 剛

東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院

高壓噴霧加濕是目前廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)的加濕方式，本文介紹了高壓噴霧加濕的方式，對(duì)于不同的噴霧形式將產(chǎn)生不同的加濕效果，本文通過實(shí)驗(yàn)橫向比較不同的噴霧形式下對(duì)加濕效率的影響，從而得出結(jié)論指導(dǎo)工程應(yīng)用。

高壓噴霧加濕順噴逆噴混噴加濕效率

高壓噴霧加濕主要由高壓柱塞泵將經(jīng)過處理的水加壓至4MPa以上，再通過高壓管路傳送到高壓霧化噴嘴，經(jīng)霧化后以3～15μm的微霧噴到空氣中，水霧吸收空氣的顯熱，從液態(tài)變成氣態(tài)，空氣溫度下降；空氣吸收水蒸汽使其相對(duì)濕度增大，得到水的汽化潛熱保持總焓值不變。加濕的同時(shí)起到降塵和洗塵的效果，這就是高壓噴霧系統(tǒng)的加濕降溫過程[1]。

高壓噴霧的加濕方式可以廣泛應(yīng)用于紡織、印刷、木材加工、電子、半導(dǎo)體、化工、恒濕工房、賓館、高科技農(nóng)業(yè)及軍事工業(yè)等產(chǎn)業(yè)。高壓噴霧加濕技術(shù)成熟、設(shè)備簡單、選型方便、加濕效率高、能耗低，在日漸被人們所重視的加濕領(lǐng)域中有著廣闊的應(yīng)用前景[2]。

對(duì)于高壓噴霧加濕器及配套設(shè)備的設(shè)計(jì)及驗(yàn)收，相關(guān)手冊(cè)及有關(guān)資料中都沒有提供具體數(shù)據(jù)。僅靠經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和廠家提供的產(chǎn)品樣本設(shè)計(jì)、設(shè)置噴射方向、擋水板、集水盤等，由于使用條件不同，會(huì)出現(xiàn)加濕效果差、水霧外溢等問題。目前對(duì)空調(diào)加濕器加濕性能的研究，僅僅局限于水的利用率和電耗狀況，其常用性能評(píng)價(jià)指標(biāo)有加濕效率和單位加濕量的電耗，不能科學(xué)、全面地衡量空調(diào)加濕器的性能優(yōu)劣。本文主要對(duì)噴霧形式進(jìn)行探討，對(duì)高壓噴霧加濕中的不同形式對(duì)加濕效率的影響進(jìn)行研究，力求將加濕效果最優(yōu)化，對(duì)工程實(shí)際中提高加濕效率提出有效的改善方案，課題中的試驗(yàn)方法和數(shù)據(jù)結(jié)果將為工程實(shí)際應(yīng)用提供參考及指導(dǎo)意義。

1 實(shí)驗(yàn)裝置及方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置原理圖如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置原理圖

根據(jù)圖1所示，1-3為空氣加濕段，待加濕的空氣與噴霧在這一段風(fēng)管內(nèi)混合，對(duì)入口空氣起到加濕的作用，3處為擋水板，當(dāng)加濕空氣所需的水量小于噴霧的加濕量或者由于加濕效率的影響，會(huì)導(dǎo)致空氣加濕段的噴霧有過量剩余的現(xiàn)象，此時(shí)，擋水板可以將過量的噴霧擋住，在擋水板下方開有小孔便于被擋水板擋住的水流出，并設(shè)有蓄水槽，導(dǎo)向風(fēng)管外部。在擋水板后方設(shè)有一段充分混合區(qū)，經(jīng)過噴霧加濕的空氣在這里充分混合后，提高空氣溫濕度的均勻性，有利于提高下一段的空氣溫濕度檢測的準(zhǔn)確性。4-5段為空氣參數(shù)檢測段，通過測量此處的風(fēng)速，推算出單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入風(fēng)管內(nèi)的空氣量；擋水板前后的含濕量差，推算出單位時(shí)間內(nèi)空氣吸收的水量，與噴霧量進(jìn)行比較，就可以得到加濕效率。由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制，缺少實(shí)驗(yàn)所需足夠風(fēng)量的單臺(tái)風(fēng)機(jī)，因此采用三臺(tái)風(fēng)機(jī)并聯(lián)的方式，以起到加大風(fēng)量的作用，經(jīng)過測試，三臺(tái)風(fēng)機(jī)若同時(shí)接在風(fēng)管上則無法達(dá)到預(yù)期風(fēng)量，因此采用靜壓箱的方式，空氣經(jīng)加濕后經(jīng)過靜壓箱，三臺(tái)風(fēng)機(jī)獨(dú)立連接至靜壓箱，另一端接到室外，將加濕后的空氣排出室外。

1.1.1 空氣加濕段

實(shí)驗(yàn)室可用設(shè)備為兩根風(fēng)管，分別為尺寸為650mm×650mm，長度為1500mm風(fēng)管以及尺寸為750mm×750mm，長度為1100mm的風(fēng)管，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備限制，單根風(fēng)管不能滿足加濕段的長度需求，根據(jù)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備，空氣加濕段采用兩段風(fēng)管對(duì)接的形式。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，加濕段長度為2m左右時(shí)基本能滿足加濕需求，當(dāng)采用兩段風(fēng)管對(duì)接時(shí)，除去充分混合段，加濕段長度可達(dá)到2m以上，可以滿足實(shí)驗(yàn)需求。對(duì)接時(shí)，采用650mm×650mm風(fēng)管在前，750mm× 750mm風(fēng)管在后的形式對(duì)接，因?yàn)槿绻?50mm× 750mm風(fēng)管在前時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致接口處風(fēng)管尺寸變小而部分噴霧直接打在交接處的風(fēng)管壁上而影響加濕效果以及后續(xù)加濕量及加濕效率的測定。

1.1.2 充分混合段及參數(shù)測量段

經(jīng)過加濕的空氣及過量的噴霧經(jīng)過擋水板后，過量噴霧被擋水板擋住后經(jīng)過一段距離的充分混合，為提高準(zhǔn)確性，后進(jìn)入300mm×300mm風(fēng)管，同時(shí)也方便風(fēng)管接入靜壓箱后連接三個(gè)風(fēng)機(jī)排出室外。

1.1.3 靜壓箱

靜壓箱可用來減少噪聲，又可獲得均勻的靜壓出風(fēng)，減少動(dòng)壓損失。而且還有萬能接頭的作用。把靜壓箱很好地應(yīng)用到通風(fēng)系統(tǒng)中，可提高通風(fēng)系統(tǒng)的綜合性能。空調(diào)出風(fēng)從空調(diào)風(fēng)機(jī)里面出來的時(shí)候，具有很大的風(fēng)速，同時(shí)由于空調(diào)風(fēng)機(jī)自身的結(jié)構(gòu)原因，空調(diào)的出風(fēng)并不均衡，空氣在風(fēng)管中相互摩擦碰撞，會(huì)發(fā)出較大的噪音，空調(diào)風(fēng)速也會(huì)急劇下降，使得空調(diào)出風(fēng)不能被送得很遠(yuǎn)。

為了有效降低空調(diào)的噪音，將空調(diào)出風(fēng)送到更遠(yuǎn)的地方，采用空調(diào)靜壓箱，將空調(diào)出風(fēng)先送到靜壓箱，將空氣動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓，空氣流動(dòng)就變得又緩慢又均勻又穩(wěn)定了，噪音能得到大大的降低。同時(shí)，靜壓箱內(nèi)出來的空氣靜壓升高、壓力均勻恒定，通過風(fēng)管能被送到更遠(yuǎn)的地方。

本實(shí)驗(yàn)中，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制，高壓噴霧主機(jī)的噴霧量較大，當(dāng)采用較少風(fēng)量時(shí)必然有噴霧量的剩余，但實(shí)驗(yàn)室又缺少實(shí)驗(yàn)所需足夠風(fēng)量的單臺(tái)風(fēng)機(jī)，因此采用三臺(tái)風(fēng)機(jī)并聯(lián)的方式，以起到加大風(fēng)量的作用，經(jīng)過試驗(yàn)測試，如果三臺(tái)風(fēng)機(jī)單獨(dú)接至風(fēng)管，則無法達(dá)到風(fēng)量累加的作用，因此采用添加靜壓箱的方式，空氣經(jīng)加濕后經(jīng)過靜壓箱，三臺(tái)風(fēng)機(jī)分別連接至靜壓箱，再從另一端單獨(dú)接至室外。

1.2 實(shí)驗(yàn)測試儀器

1）風(fēng)速儀器。測風(fēng)速采用深圳市德圖遠(yuǎn)大儀器有限公司生產(chǎn)的testo 425風(fēng)速儀，量程0～+20m/s，精度±（0.03m/s+5%測量值），分辨率0.01m/s。

2）溫濕度儀器。溫濕度采用VAISALA HM 34手持表，相對(duì)濕度測量范圍0～100%RH，準(zhǔn)確度±2%RH（0～90%RH）；±3%RH（90～100%RH），溫度范圍-20～+60℃，準(zhǔn)確度±0.3℃。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

高壓噴霧加濕器的加濕量與噴霧量是兩個(gè)有著本質(zhì)區(qū)別的概念。加濕量是指在標(biāo)準(zhǔn)工況下，噴到空調(diào)機(jī)組內(nèi)的水霧在單位時(shí)間內(nèi)被空氣吸收的那部分水量（又稱為有效加濕量）。噴霧量是指加濕器在正常工作狀態(tài)下，單位時(shí)間內(nèi)（通常指每小時(shí)）所有噴頭噴出的水霧總和，即：有效加濕量=噴霧量×加濕效率。

有效加濕量Gw,e：噴霧加濕時(shí)，霧化水量與被空氣吸收的水量是不同的，霧化的水量稱為加濕量或噴淋水量Gw（kg/s）。被空氣吸收的水量稱為“有效加濕量”。

式中：Ga為干空氣流量，kg/s。

加濕效率E1：霧化水量中有效加濕量所占的比例，稱為“加濕效率”[3～6]。

空氣濕差法：直接測定加濕器加濕量的方法，對(duì)通過加濕器前、后的空氣參數(shù)及風(fēng)量進(jìn)行測量，用測出的風(fēng)量與通過加濕器前、后的空氣含濕量差的乘積來確定加濕量。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

噴霧方向可采用順噴、逆噴和混噴。順噴時(shí)，氣流和噴霧霧滴同向流動(dòng)，空氣與水接觸時(shí)間長，加濕效果好。逆噴時(shí)，氣流和霧滴逆向流動(dòng)，換熱效率高，除濕效果較好。根據(jù)實(shí)驗(yàn)判斷其是否正確，比較得出噴霧形式的最佳方式。表1為在相同的加濕距離（1.2m），相同的風(fēng)量（2592m3/h）及噴水量（1.84kg/h）的前提下，比較不同噴霧形式對(duì)加濕效率的影響。

表1 不同噴霧形式對(duì)加濕效率的影響實(shí)驗(yàn)

3 結(jié)論

通過比較，在風(fēng)量、加濕距離、噴水量相同的情況下，吸收效率和噴嘴的噴霧形式有關(guān)，逆噴的效果最佳。但根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程中觀察到的現(xiàn)象，逆噴、逆?zhèn)葒姷刃问?，都有部分噴霧直接打在風(fēng)管內(nèi)壁引起噴霧凝結(jié)，分析其為影響吸收效率下降的主要原因，但是在逆噴過程中，也有部分噴霧凝結(jié)在噴嘴附近以及支撐噴頭的鐵架臺(tái)上。因此，要在逆噴的情況下再提高噴霧的吸收效率，應(yīng)該在逆噴的時(shí)候設(shè)置相應(yīng)的角度，此角度應(yīng)盡可能地避免噴霧在風(fēng)管內(nèi)壁以及噴嘴等表面。

[1]張永銓,巨永平,郭鳳俠.高微霧器加濕性能的研究[J].暖通空調(diào),1997,(4):31-33

[2]昝世超.高壓噴霧加濕的分析和應(yīng)用[J].制冷與空調(diào),2006,6 (2):41-43

[3]趙榮義.空氣調(diào)節(jié)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1994.

[4]華自強(qiáng).工程熱力學(xué)[M].北京:高等教育出版社,1994

[5]古晉光.加濕工程應(yīng)用手冊(cè)[M].臺(tái)灣翰寧股份有限公司,2000.

[6]古晉光.水霧加濕技術(shù)手冊(cè)[M].臺(tái)灣翰寧股份有限公司,2000

The Effe c t o f Sp ra y Fo rm to Hum id ific a tion Effic ien c y in H igh-p re ssu re Sp ra y Hum id ific a tion

XU Li-min,LIUGang
Schoolof EnvironmentalScience and Engineering,Donghua University

The high-pressure spray hum idification is w idely used in various industries.A high-pressure spray humidification w ith different spray form was described,and a comparison of humidification efficiency was carried by experiments,whichw illdo greathelp forapplications.

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1003-0344（2014）02-031-3

2013-3-29

許理民（1989～），男，碩士研究生；上海市松江區(qū)人民北路2999號(hào)環(huán)境學(xué)院樓3137（201620）；E-mail:leem ingxu@163.com