喷水室典型空气处理过程中空气流速的实验研究.docx

1、其它OthersCryo.&Supercond.Vol.36No.5低温与超导第36卷第5期喷水室典型空气处理过程中空气流速的实验研究李莎'，安大伟2,赵汉权'(I.天津工业大学纺织学院，天津300160；2.天津大学环境学院，天津300072)摘要:针对纺织厂空调系统的核心-喷水室,研究喷水室内处理空气的冷却减湿和等焙加湿两个典型热湿交换过程。提出Re准数对传热传质有显著作用，而&数的大小取决于流体速度。通过实验研究当空气流速从3m/s提高到5m/s时对喷水室热湿交换性能的影响,从而确定空气流动速度因素对两个热湿交换效率的影响趋势。根据拟合的数学曲线，总结出当

2、空气的流动速度提高后，热湿交换效率相应提高。从而推动高速喷水室在实际工程中的应用。关箓词:喷水室；空气流速；热湿交换效率；应用TheResearchonvelocityofairintypicalhandlingprocessesinair一washerroomLiSha1,AnDawei2,ZhaoHanquan1,(1.SchoolofTextile,TianjinPolytechnicUniversity,Tianjin300160,China；2.TheSchoolofEnvironmentScience&Technology,TianjinUniversity,Tianjin

3、300072,China)Abstract:Thisarticlestudiedthetwotypicalheatandmasstransferprocesses,thecoolingdehumidificationandtheisenthalpichumidificationinthecorepartoftextilemillair一conditioningsystemi.e.thespraytypeairwasherroom.ThispaperdemonstratesthattheReynoldsnumber(Re),whichisdeterminedbythevelocityofairf

4、low,playsanimportantpartinheatandmasstransferprocess.Bydoingresearchontheheatandmasstransferefficiencywhenthevelocityofairflowchangesfrom3m/sto5m/s,andtheanalysisofexperimentaldataanddiagram,wecangettheconclusionthattheheatandmasstransferefficiencygoesupwhentheairvelocityincreases.Thiswillbenefitthe

5、improvementandapplicationoftheairconditioningsystemwithspraytypeairwasherofhighairvelocity.Keywords:Spraytypeairwasherroom,Airvelocity,Heatandmasstransferefficiency,Application1刖百喷水室是纺织厂等空调系统的核心部分。其在不同季节实现的冷却减湿和绝热加湿这两个典型的空气处理过程,保证了生产工艺对空气温湿度的要求，同时使送风得到一定的净化。空调系统送风参数能否达到工艺要求取决于喷水室的热湿交换性能，性能的高低直接影响着纺织

6、产品的顺利生产和品质的优劣S3】。随着现代纺织生产技术的发展和规模的扩大,车间内新设备、新工艺对空气的温、湿度要求越来越严格，需要处理的空气量也越来越大，对热湿交换性能的要求也越来越高影响热湿交换14能的因素包括:空气流速、水气比、喷水压力及喷水温度、喷水方向、喷嘴形式及密度、喷水室结构等。其中喷水室的结构尺寸和空气的过流速度直接影响着处理空气量。国内一直沿用前苏联和瑞士设备的技术资料和经验数据,设计流速为23m/s，使得纺织厂等空调设备辅房面积过大，并且系统能耗较高。高速喷水室虽然已有提出，但空气流速高低的选择一直存有争议。本文主要研究当空气流速从3m/s提高到5m/s时喷水室热湿交换性能的

7、影响，籍此来减少喷水室尺寸并实现节能。2实验理论基础喷水室内存在着空气和水两相介质的直接接触，是混合式传热传质过程”刃。两种介质的直收稿日期：2008-02-26作者简介:李莎(1971-)，女，硕士，讲师，主要研究方向为暖通空调系统的优化和节能。接接触面积愈大愈好，两种介质之间的对流湍动愈强愈好。对两相间同时传热传质的过程，若将传热和传质分别描述，则有：Nu=只(Re.,Rj,Pr.,Prw,.)Sh=L(Re.,ReSc.,Sc.,0)血:努谢尔数，描述两相间的换热过程；Sh：舍伍德数，描述两相间的传质过程。上式中屁准数起了显著作用,Re数之大小取决于流体的速度,空气流速增高，将提高传热传

8、质强度和水的蒸发量，并延长水气之间的接触流程。由简化和假定建立的水-空气处理系统全热交换模型“°】，通过推导得出全热交换效率E的表达式$=1-也&=勺公+,圣二勺.妇-如妇-如(%圣+1)(九2-如)0C|=/(W/G，prk,H/V,妇，如)w对于空气的绝热加湿过程，一般采用通用热交换效率&来表示，只考虑空气状态的变化过程，经过整理得到它的表达式:勺一妇&式中：妇、如：空气初温和终温的湿球温度,勾；如、如：喷水的初温和终温,T;W/G：喷水量和处理的空气量的比值，即水气比;pa、:空气的密度(kg/m3)和流速(m/s);月"：喷水室高度(m)和水

9、滴速度(m/s)；j：水滴当量半径,m；4、疽均为实验的系数和指数，因喷水室结构参数及空气处理过程的不同而不同。该式说明影响热湿交换效率E和&的因素为水气比呼/C,质量流速pj.,水滴当量半径喷水室的外形尺寸成、妇、理论分析表明：如果提高W/G"、H/p或者降低都将引起热湿交换效率升高。随着空气流速的提高，空气的雷诺数增加，气流的涡旋和湍动度强化，空气-水界面弯曲或破裂成为二维或三维,使气-水接触几率和流程加长,使得传热和传质增强,单位时间单位面积上对流传热质量提高，从而热湿交换效率得以提高。3喷水室中空气流速的实验研究3.1实验设备和测量仪表实验是在“热湿交换实验台”上进行

10、的该实验台是由进风段、排风段、预处理里、测速段和喷水室段组成，喷淋段喷淋管的排数而排距可以增减和调节。喷淋室断面为0.784m2(0.912x0.86),测速断面为0.146m'喷淋排管为两排,间距为300毫米，每排两根立管。采用SFD型喷嘴，喷嘴孔径8毫米，波形档水板，风机为T4-72N0.8离心通风机，配用四速电动机，与调节阀配合改变风机的风量。流过喷水室的空气状态参数，是用经国家一级标准设备标定的温湿度传感器测量的。喷嘴喷水压力由管路上的阀门和压力表调节。空气参数测量时使用了取样装置，为了取样均匀和有代表性,在整个取样断面上均匀分布16个吸气孔，吸气管各段采用不同管径，尽量使吸气

11、孔吸风均匀,采用钳温度计和VAISALAS201相对湿度计。水流量的测量采用LCBH型标准孔板,水系统省略。I：风速测量断面；口：初参数测量断面；DI：终参数测量断面。a.调节阀；b.插测孔；c.倾斜微压计;d.整流栅;e.喷淋排管;f.档水板;g.取样装置的取样管;h.取样装置的测量部分图1热湿交换实验台示意图Fig.1Sketchmapofairwasherspraychamber40ii_0.30.50.70.91.11.3W/Gkg/kg图29.8xlO4Pa时,不同水气比下不同空气流速对全热交换效率E的影响曲线Fig.2Pressure9.8x104Pa,Ecurve其它Others

12、W/Gkg/kg图39.8xlO4Pa时,不同水气比下不同空气流速对通用热交换效率M的影响曲线不同速度下的趋势线。如图2、图3、图4、图5、图6、图7所示。900.30.50.70.91.11.3W/Gkg/kg图619.6xlO4Pa时，不同水气比下不同空气流速对全热交换效率E的影响曲线Fig.6Pressure19.6x104Pa,Ecurve40"0.30.S0.70.91.11.3W/Gkg/kg图719.6xlO4Pa时，不同水气比下不同空气流速对通用热交换效率矿的影响曲线Fig.7Pressure19.6X104Pa,Ercurve图414.7xlO4Pa时，不同水气比下

13、不同空气流速对全热交换效率£的影响曲线fig.4Pressure14.7x104Pa,Ecurve4等焙加湿过程在不同喷水压力和水气比的条件下，等焙加湿处理过程针对不同风速也得出一系列热湿交换效率。为了直观地看出不同空气流速情况下和热85600.30.40.50.60.70.80.91.01.1W/Gkg/kg图89.8xlO4Pa时,不同水气比下不同空气流速对通用热交换效率E'的影响曲线Fig.8Pressure9.8x104Pa,Ercurve湿交换效率之间的关系.把不同速度和不同压力图514.7xlO4Pa时，不同水气比下不同空气流速对通用热交换效率E'的影响曲

14、线Fig.5Pressure14.7x104Pa,E,curve根据喷水室在生产实际中的运用情况,并根据我国的气候特征,主要进行冷却减湿处理和等焙加湿处理两大实验方案。3.2冷却减湿过程在不同喷水压力和水气比的条件下,针对不同风速得出一系列的全热交换效率和通用热交换效率。根据各组实验数据可以将不同压力下，不同水气比下,空气流动速度和效率的关系直观地反映在坐标图中.同时拟合出了水气比和效率在下、水气比与通用热交换效率的实验数据全部反映在坐标图中，并拟合了趋势线。如图8、图9、图图99.8xlO4Pa时,不同水气比下不同空气流速对通用热交换效率E'的影响曲线Fig.9Pressure9.8

15、x104Pa,E'curve图1019.6xlO4Pa时，不同水气比下不同空气流速对通用热交换效率E'的影响曲线Fig.10Pressure19.6x104Pa,Ecurve5结论根据喷水室两个典型处理过程的实验数据和拟合的趋势线可以看出，在实验条件下，同一喷水压力、相同水气比下，随着空气质量流速从3m/s提高到5m/s,喷水室热湿交换效率是提高的。说明随着空气流速的提高，喷水室的热湿交换效率得到了不同程度的提高，不必担心文献1中提到的“由于提高速度怕热湿交换时间缩短而影响效率”。因此在保证热湿交换效率的前提下，提高喷水室的空气过流速度是完全可行的。既可以解决已有设备遇到处理风

16、量需要增大时的难题，也可以减少新建空调系统的辅助用房占用面积比例过高的问题。因此可以将喷水室里的空气流速提高到5m/s变成高速喷水室。当速度超过5m/s以后的情形还将作进一步研究。高速喷水室既满足空气处理过程的热湿交换效率要求又减少占地面积,具有较大优势,可以在实际工程应用中推广使用，起到节地和节能的双重作用。参考文献郁履方，戴元熙.纺织厂空气调节(第二版)M.北京：中国纺织出版社，1997.1 黄翔，张伟峰,郑文亨，等.利用喷水室对空调新风中有机物和无机物去除的实验研究J.洁净与空调技术，2004,2.3黄翔，武俊梅.流体动力式喷水室的实验研究J.暖通空调，2000,(1):35-38.4 李莎,马立山，等.高速空调喷水室中冷却减湿过程的工程实验研究J.天津工业大学学报，2005,(4):69-72.5 李莎.高速空调喷水室典型处理过程的工程实验研究硕士学位论文D,天津:天津大学，2006.6 天津纺织工学院.空调喷水室热湿交换规律实验研究报告R.天津:天津纺织工学院，1995.7 许为全.热质交换过程与设备M.北京:清华大学出版社，1999.8 RobertAP.ASHRAEHandbook:HVACSystemsandE-