高壓噴霧加濕中噴霧形式對加濕效率的影響

許理民 劉 剛

東華大學環(huán)境科學與工程學院

高壓噴霧加濕中噴霧形式對加濕效率的影響

許理民 劉 剛

東華大學環(huán)境科學與工程學院

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

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濕度增大，得到水的汽化潛熱保持總焓值不變。加濕的同時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用于紡織、印刷、木材加工、電子、半導體、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)。高壓噴霧加濕技術成熟、設備簡單、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域中有著廣闊的應用前景[2]。

對于高壓噴霧加濕器及配套設備的設計及驗收，相關手冊及有關資料中都沒有提供具體數(shù)據(jù)。僅靠經(jīng)驗數(shù)據(jù)和廠家提供的產(chǎn)品樣本設計、設置噴射方向、擋水板、集水盤等，由于使用條件不同，會出現(xiàn)加濕效果差、水霧外溢等問題。目前對空調(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，其常用性能評價指標有加濕效率和單位加濕量的電耗，不能科學、全面地衡量空調(diào)加濕器的性能優(yōu)劣。本文主要對噴霧形式進行探討，對高壓噴霧加濕中的不同形式對加濕效率的影響進行研究，力求將加濕效果最優(yōu)化，對工程實際中提高加濕效率提出有效的改善方案，課題中的試驗方法和數(shù)據(jù)結(jié)果將為工程實際應用提供參考及指導意義。

1 實驗裝置及方法

1.1 實驗裝置

實驗裝置原理圖如圖1所示。

圖1 實驗裝置原理圖

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管內(nèi)混合，對入口空氣起到加濕的作用，3處為擋水板，當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，會導致空氣加濕段的噴霧有過量剩余的現(xiàn)象，此時，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，并設有蓄水槽，導向風管外部。在擋水板后方設有一段充分混合區(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確性。4-5段為空氣參數(shù)檢測段，通過測量此處的風速，推算出單位時間內(nèi)進入風管內(nèi)的空氣量；擋水板前后的含濕量差，推算出單位時間內(nèi)空氣吸收的水量，與噴霧量進行比較，就可以得到加濕效率。由于實驗設備的限制，缺少實驗所需足夠風量的單臺風機，因此采用三臺風機并聯(lián)的方式，以起到加大風量的作用，經(jīng)過測試，三臺風機若同時接在風管上則無法達到預期風量，因此采用靜壓箱的方式，空氣經(jīng)加濕后經(jīng)過靜壓箱，三臺風機獨立連接至靜壓箱，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

實驗室可用設備為兩根風管，分別為尺寸為650mm×650mm，長度為1500mm風管以及尺寸為750mm×750mm，長度為1100mm的風管，由于實驗設備限制，單根風管不能滿足加濕段的長度需求，根據(jù)現(xiàn)有實驗設備，空氣加濕段采用兩段風管對接的形式。根據(jù)工程經(jīng)驗，加濕段長度為2m左右時基本能滿足加濕需求，當采用兩段風管對接時，除去充分混合段，加濕段長度可達到2m以上，可以滿足實驗需求。對接時，采用650mm×650mm風管在前，750mm× 750mm風管在后的形式對接，因為如果750mm× 750mm風管在前時，可能會導致接口處風管尺寸變小而部分噴霧直接打在交接處的風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，為提高準確性，后進入300mm×300mm風管，同時也方便風管接入靜壓箱后連接三個風機排出室外。

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，減少動壓損失。而且還有萬能接頭的作用。把靜壓箱很好地應用到通風系統(tǒng)中，可提高通風系統(tǒng)的綜合性能。空調(diào)出風從空調(diào)風機里面出來的時候，具有很大的風速，同時由于空調(diào)風機自身的結(jié)構(gòu)原因，空調(diào)的出風并不均衡，空氣在風管中相互摩擦碰撞，會發(fā)出較大的噪音，空調(diào)風速也會急劇下降，使得空調(diào)出風不能被送得很遠。

為了有效降低空調(diào)的噪音，將空調(diào)出風送到更遠的地方，采用空調(diào)靜壓箱，將空調(diào)出風先送到靜壓箱，將空氣動能轉(zhuǎn)化為靜壓，空氣流動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，靜壓箱內(nèi)出來的空氣靜壓升高、壓力均勻恒定，通過風管能被送到更遠的地方。

本實驗中，由于實驗設備的限制，高壓噴霧主機的噴霧量較大，當采用較少風量時必然有噴霧量的剩余，但實驗室又缺少實驗所需足夠風量的單臺風機，因此采用三臺風機并聯(lián)的方式，以起到加大風量的作用，經(jīng)過試驗測試，如果三臺風機單獨接至風管，則無法達到風量累加的作用，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，三臺風機分別連接至靜壓箱，再從另一端單獨接至室外。

1.2 實驗測試儀器

1）風速儀器。測風速采用深圳市德圖遠大儀器有限公司生產(chǎn)的testo 425風速儀，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，相對濕度測量范圍0～100%RH，準確度±2%RH（0～90%RH）；±3%RH（90～100%RH），溫度范圍-20～+60℃，準確度±0.3℃。

1.3 實驗方法

高壓噴霧加濕器的加濕量與噴霧量是兩個有著本質(zhì)區(qū)別的概念。加濕量是指在標準工況下，噴到空調(diào)機組內(nèi)的水霧在單位時間內(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，單位時間內(nèi)（通常指每小時）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，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，對通過加濕器前、后的空氣參數(shù)及風量進行測量，用測出的風量與通過加濕器前、后的空氣含濕量差的乘積來確定加濕量。

2 實驗數(shù)據(jù)分析

噴霧方向可采用順噴、逆噴和混噴。順噴時，氣流和噴霧霧滴同向流動，空氣與水接觸時間長，加濕效果好。逆噴時，氣流和霧滴逆向流動，換熱效率高，除濕效果較好。根據(jù)實驗判斷其是否正確，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），相同的風量（2592m3/h）及噴水量（1.84kg/h）的前提下，比較不同噴霧形式對加濕效率的影響。

表1 不同噴霧形式對加濕效率的影響實驗

3 結(jié)論

通過比較，在風量、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，逆噴的效果最佳。但根據(jù)實驗過程中觀察到的現(xiàn)象，逆噴、逆?zhèn)葒姷刃问剑加胁糠謬婌F直接打在風管內(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上。因此，要在逆噴的情況下再提高噴霧的吸收效率，應該在逆噴的時候設置相應的角度，此角度應盡可能地避免噴霧在風管內(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.工程熱力學[M].北京:高等教育出版社,1994

[5]古晉光.加濕工程應用手冊[M].臺灣翰寧股份有限公司,2000.

[6]古晉光.水霧加濕技術手冊[M].臺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號環(huán)境學院樓3137（201620）；E-mail:leem ingxu@163.com