紡織廠空調(diào)噴水室人字型和W型擋水板性能的研究

馬婧潔 顏蘇芊 秦莉

摘 要：探究噴水室中擋水板的性能優(yōu)劣，主要從阻力和過水量?jī)煞矫孢M(jìn)行評(píng)定，對(duì)山東某紡織廠的人字型、W型擋水板的性能進(jìn)行了實(shí)際測(cè)試，獲得了不同風(fēng)速下?lián)跛遄枇Α⒆枇ο禂?shù)以及過水量。測(cè)試數(shù)據(jù)表明：人字型擋水板平均阻力為66.78 Pa，阻力系數(shù)為15.81，過水量為0.49 g/kg干空氣；W型人字型擋水板平均阻力為76.02 Pa，阻力系數(shù)為22.90，過水量為1.79 g/kg干空氣。無論在何種風(fēng)速下，人字型擋水板的阻力、阻力系數(shù)以及過水量均小于W型擋水板，可認(rèn)為人字型擋水板性能是優(yōu)于W型擋水板的。

關(guān)鍵詞：擋水板；阻力；過水量；風(fēng)速

中圖分類號(hào)：TS108.6

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-265X（2018）04-0031-05

Abstract：The performance of the water retaining plate in the spray chamber is discussed mainly from resistance and board over water. In this paper， the test of the herringbone and W-type water retaining plates was carried out in a textile mill in Shandong. The resistance， resistance coefficient and board over water of the two types of water retaining plates under different wind speeds were obtained in the test. The test data show that： the average resistance of herringbone water retaining plate is 66.78 Pa； the resistance coefficient is 15.81； and the board over water is 0.49 g/kg dry air. The average resistance of W-type water retaining plate is 76.02 Pa； the resistance coefficient is 22.90； and the board over water is 1.79 g/kg dry air. Regardless of wind speed， the resistance， resistance coefficient and board over water of the herringbone water retaining plate are less than those of the W-type water retaining plate. It is considered that the performance of herringbone water retaining plate is better than W-type water retaining board.

Key words：water retaining plate； resistance； board over water； wind speed

目前，紡織空調(diào)系統(tǒng)多采用噴淋的形式，在噴水室內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣的熱濕處理[1]。擋水板是噴水室的主要構(gòu)件之一，空氣經(jīng)水噴淋后，擋水板依靠慣性作用將噴淋后空氣中懸浮的水滴分離出去，以減少空氣的過水量。擋水板的阻力會(huì)占到整個(gè)噴淋系統(tǒng)總阻力的30%左右，占有相當(dāng)大的比例[2]。通常，用來評(píng)定擋水板的擋水性能主要從阻力和過水量這兩方面入手：擋水板阻力越小，則其風(fēng)機(jī)耗能越少，空調(diào)系統(tǒng)越節(jié)能；擋水板過水量小，則空氣送風(fēng)狀態(tài)越容易控制，同時(shí)過水量也影響車間生產(chǎn)質(zhì)量和風(fēng)道銹蝕程度[3]。

現(xiàn)有的擋水板形式有：波形、W型、V型、人字型擋水板等[4]，在使用過程中發(fā)現(xiàn)：波形擋水板的擋水效果較好，但板面易黏附纖維和水垢，堵塞通道；W型擋水板折數(shù)較多使得阻力偏大，過水量也較大；V型擋水板的過水量偏大，不能很好滿足車間的溫、濕度要求的同時(shí)，還會(huì)使風(fēng)道帶水；人字型擋水板的擋水效果好，能改善過水帶水嚴(yán)重的問題。

針對(duì)擋水板在實(shí)際使用中產(chǎn)生的一些問題，選擇合適形式的擋水板，能夠減緩擋水板的結(jié)垢現(xiàn)象、最大程度減小擋水板阻力，控制過水量在合理范圍內(nèi)可以滿足車間生產(chǎn)要求，以達(dá)到降低噴淋能耗的最終目的。

1 擋水板性能的測(cè)試

本次測(cè)試地點(diǎn)為山東某紡織廠10#、11#空調(diào)室，其中10#空調(diào)室使用的是人字型擋水板，如圖1所示；11#空調(diào)室使用的是W型擋水板，如圖2所示。

1.1 影響因素

影響擋水板性能的主要因素有：擋水板的形式、板間間距、曲折角度、折數(shù)以及氣流速度等[5]。本文就氣流速度這一因素，對(duì)人字型擋水板和W型擋水板的阻力、阻力系數(shù)和過水量進(jìn)行探究。

經(jīng)水噴淋后的空氣通過擋水板之間的流道時(shí)，空氣與擋水板板面發(fā)生摩擦、碰撞，空氣的流速及流動(dòng)方向發(fā)生變化，使得擋水板前后的壓力有所不同，其前后壓力差即為擋水板的阻力P。針對(duì)這部分阻力，可將它簡(jiǎn)化為兩類，即水氣流通過擋水段時(shí)產(chǎn)生的沿程阻力Pf=λldeρv22和水氣流通過擋水板壁面時(shí)的局部阻力Pm=ζρv22（式中：λ為沿程阻力系數(shù)；l為空氣流經(jīng)擋水板直線距離，m；de為擋水板當(dāng)量直徑，m；ρ為空氣密度，kg/m3；v為空氣流速，m/s；ζ為局部阻力系數(shù)）。

現(xiàn)將整個(gè)擋水板進(jìn)行簡(jiǎn)化：把相鄰板間的流道看作矩形通道，整個(gè)擋水板即由若干個(gè)矩形通道組成，在分析阻力時(shí)可選其中一個(gè)小矩形進(jìn)行分析。因此，沿程阻力Pf=λldeρv22可簡(jiǎn)化為Pf=λl（a+b）2abρv22，其中de=2aba+b。擋水板總阻力即為摩擦阻力和局部阻力之和，可表示為：P=λl（a+b）2abρv22+ζρv22。

如圖3所示，人字型擋水板的阻力主要由以下幾部分組成：a）1處為氣流入口處，存在由漸縮所導(dǎo)致的局部阻力；b）2、4、6處氣流方向有所改變，存在局部阻力；c）3、5處則為沿程阻力；d）7處為氣流出口處，存在由漸擴(kuò)所導(dǎo)致的局部阻力。同理，圖4所示的W型擋水板阻力由7個(gè)局部阻力以及4個(gè)沿程阻力組成。

另外，在擋水板的實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，其沿程阻力所占總阻力比例很小，可忽略不計(jì)，所以擋水板的總阻力可簡(jiǎn)化為空氣流過擋水板時(shí)與壁面發(fā)生碰撞所產(chǎn)生的局部阻力，即

P=ζρv22

現(xiàn)選一個(gè)小矩形進(jìn)行分析，查閱相關(guān)文獻(xiàn)[6]可得到人字型及W型擋水板的單個(gè)小矩形的局部阻力系數(shù)為0.13和0.28。另外，整個(gè)人字型擋水板共有106片板片，W型有64片板片，因此，兩者的總的局部阻力系數(shù)分別為13.78和17.92。

本文就人字型、W型擋水板進(jìn)行研究，著重通過改變風(fēng)機(jī)頻率來獲得所需的各個(gè)數(shù)據(jù)。

1.2 性能測(cè)試及計(jì)算方法

將擋水板分為9個(gè)測(cè)試區(qū)域，每個(gè)測(cè)試區(qū)域選擇一個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)試數(shù)據(jù)取9個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均值。首先，關(guān)閉水泵、噴淋系統(tǒng)、補(bǔ)水管及泄水管，測(cè)出水池的底面積S；初始水面高度h1及氣流入口的全壓P1；同理可測(cè)得擋水板后方氣流出口的全壓P2、風(fēng)速v以及擋水板的寬a和高度b。其次，打開水泵和風(fēng)機(jī)，記錄啟動(dòng)時(shí)間，測(cè)出氣流入口的空氣溫度t1及濕度φ1；同理可測(cè)得擋水板后方氣流出口的溫度t2、濕度φ2及風(fēng)速v′；最后，一段時(shí)間后，當(dāng)水池液位發(fā)生明顯變化時(shí)，將水泵和風(fēng)機(jī)關(guān)閉，測(cè)量此時(shí)水池的最終水面高度h2即可完成一次的測(cè)試[7]。表1為參數(shù)計(jì)算方法。

2 擋水板能耗測(cè)試及分析

2.1 計(jì)算示例

本文通過改變10#空調(diào)室以及11#空調(diào)室風(fēng)機(jī)工作頻率，使其處于20、25、30、35、40 Hz下，現(xiàn)以10#空調(diào)室（風(fēng)機(jī)工作頻率為20 Hz）為例，水池面積S=16.58 m2，水池初深h1=0.730 m，水池終深h2=0.717 m，斷面寬a=3.46 m，總高度b=3.21 m，測(cè)試時(shí)長(zhǎng)為15120 s，表2、表3為風(fēng)機(jī)頻率在20 Hz下的測(cè)試數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果。

2.2 測(cè)試及數(shù)據(jù)分析

本文對(duì)風(fēng)機(jī)不同頻率下，擋水板主要參數(shù)進(jìn)行測(cè)試計(jì)算，結(jié)果見表4、表5，表4為人字型擋水板計(jì)算結(jié)果；表5為W型擋水板計(jì)算結(jié)果。

根據(jù)表4、表5，用origin軟件繪制成圖5，可以清楚的看出兩種形式擋水板理論阻力與實(shí)測(cè)阻力之間的對(duì)比：

由圖5可知，風(fēng)機(jī)在25～40 Hz時(shí)，W型擋水板實(shí)測(cè)阻力均高于人字型擋水板，人字型擋水板實(shí)測(cè)阻力最小值為34.22 Pa，最大值為108.78 Pa，平均阻力為66.78 Pa；W型擋水板實(shí)測(cè)阻力最小值為41.89 Pa，最大值為121.44 Pa，平均阻力為76.02 Pa。隨著風(fēng)機(jī)頻率的上升，由于空氣流速增加，人字型及W型擋水板的實(shí)測(cè)阻力均有所升高且W型擋水板較人字型增加更明顯。另外，無論哪種形式的擋水板其理論阻力與實(shí)測(cè)阻力均存在偏差，主要是因?yàn)槭艿絿娝噎h(huán)境的影響，噴水室內(nèi)空氣與水的熱濕交換發(fā)生變化導(dǎo)致氣流不穩(wěn)定以及實(shí)際運(yùn)行時(shí)棉絮堵塞導(dǎo)致阻力增大。

人字型擋水板存在著5個(gè)局部阻力而W型擋水板存在7個(gè)局部阻力，兩種形式的擋水板本身在理論局部阻力系數(shù)上存在著差異。通過實(shí)際測(cè)試發(fā)現(xiàn)，人字型擋水板的平均阻力系數(shù)為15.81，W型擋水板平均阻力系數(shù)為22.90，理論阻力系數(shù)要低于實(shí)測(cè)阻力系數(shù)。

根據(jù)表4、表5，用origin軟件繪制成圖6，可以清楚的看出兩種形式擋水板過水量的對(duì)比：

人字型擋水板過水量最小值為0.26 g/kg干空氣，最大值為0.71 g/kg干空氣，平均過水量為0.49 g/kg干空氣；W型擋水板過水量最小值為1.33 g/kg干空氣，最大值為2.19 g/kg干空氣，平均過水量為1.79 g/kg干空氣。如圖6所示，隨著風(fēng)機(jī)頻率的上升，人字型擋水板及W型擋水板的過水量有所上升，可見，在低頻時(shí)，擋水板的過水量較小，氣水分離效果較好；高頻時(shí)，擋水板的過水量較大，氣水分離效果一般。

根據(jù)表4、表5，用origin軟件繪制成圖7及圖8，可以看出各種形式擋水板風(fēng)速、阻力和過水量之間的關(guān)系：

如圖7、圖8所示，擋水板的阻力、過水量均隨風(fēng)速的增大而增大，即與風(fēng)機(jī)頻率的大小成正比。從上述兩圖還可以看出，人字型擋水板的阻力、過水量的值均要小于W型，主要是因?yàn)楫?dāng)夾帶水滴的空氣在相鄰兩擋水板的通道內(nèi)曲折前進(jìn)時(shí)，人字型擋水板流道較短且局部阻力較少，因此其阻力要小于W型擋水板；人字型擋水板的突緣可以增加擋水效果，使得水滴有效流入水池，從而使得過水量減少。另外，人字型擋水板的流道較短，在使用一段時(shí)間后可利用高壓水槍進(jìn)行清洗，改善其結(jié)垢的嚴(yán)重問題，也可減少拆卸、安裝的過程。

3 結(jié) 論

本文對(duì)山東某紡織廠空調(diào)室的兩種形式的擋水板進(jìn)行測(cè)試研究，將阻力和過水量作為評(píng)定擋水板性能的兩個(gè)主要方面。根據(jù)實(shí)際測(cè)得的人字型、W型擋水板的數(shù)據(jù)及圖表進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)：不同風(fēng)速下，人字型擋水板平均阻力為66.78 Pa，W型擋水板平均阻力為76.02 Pa；人字型擋水板阻力系數(shù)為15.81，W型人字型擋水板阻力系數(shù)為22.90；人字型擋水板平均過水量為0.49 g/kg干空氣，W型擋水板平均過水量為1.79 g/kg干空氣。人字型擋水板阻力、過水量相較于W型有一定程度的減小，具有相當(dāng)優(yōu)勢(shì)。因此可以認(rèn)為人字型擋水板的性能要優(yōu)于W型擋水板。

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