某風洞通風及除濕系統(tǒng)設計與研究

1、某風洞通風及除濕系統(tǒng)設計與研究摘 要：本文主要針對某風洞廠房內(nèi)溫/濕度較大，且環(huán)境密閉，造成測控系統(tǒng)部分設備元器件發(fā)熱和銹蝕，嚴重影響設備壽命和系 統(tǒng)穩(wěn)定性問題，設計研制了一套風洞廠房通風除濕系統(tǒng)。通過對廠房實際計算分析，并進行數(shù)值模擬，選擇合適的方案，以 達到使廠房內(nèi)溫/濕度可調(diào)控目的。結果表明:使用該系統(tǒng)后，廠房內(nèi)溫、濕度均可控制在合理范圍內(nèi),在很大程度上改善了 設備的工作環(huán)境。關鍵詞：風洞;通風;除濕;數(shù)值模擬Design and Research of Ventilation and Dehumidificationsystem in a Wind TunnelAbstract: In

2、 this paper, a set of ventilation and dehumidification system is developed in view of the high temperature and humidity, poor ventilation in a wind tunnel factory building, which could cause heating and corrosion of some components in the measurement and control system, and seriously affects the equ

3、ipment life and system stability. Through the theoretical calculation, analysis and numerical simulation, the appropriate method is proposed to regulate the temperature and humidity in factory building. The results show that the temperature and humidity in plant can be controlled within a reasonable

4、 range, and it greatly improves the working environment of the equipment.Key words: wind tunnel; ventilation; dehumidification; numerical simulation1引言某風洞是目前亞洲最大的跨聲速風洞，是我國重要 的飛行器空氣動力學地面模擬試驗設備。風洞廠房在設 計時，為降低風洞運行噪聲對周邊的影響,采用了相對封 閉的隔音吸聲方案，加之本地氣候潮濕、多雨。造成分布 于廠房各處的精密儀器儀表和測量控制系統(tǒng)部分設備元 器件發(fā)熱和銹蝕，嚴重影響設備壽命和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

5、 針對上述存在的問題，為提升試驗設備的可靠性，本文通 過對廠房通風除濕系統(tǒng)制冷、除濕及循環(huán)風量計算，設計 出一套室外制冷除濕機組及室內(nèi)抽氣供風管路系統(tǒng)，并 對室內(nèi)溫度場、速度場進行數(shù)值模擬分析,確保系統(tǒng)各項 功能指標滿足使用要求。2總體設計方案風洞廠房通風及除濕系統(tǒng)主要有室外除濕系統(tǒng)和室 內(nèi)管路系統(tǒng)構成，室外除濕系統(tǒng)為緊湊式戶外固定單元， 設置兩套且配置相同、互為備份。室外制冷除濕機組的 工作流程為:經(jīng)過濾器過濾的廠房濕空氣通過i、ii、iii、iv 級蒸發(fā)器除濕降溫至露點溫度以下，再經(jīng)過風機增壓、加 熱器/換熱器等濕加熱后，通過風道將滿足溫濕度要求的 空氣送出。室內(nèi)管路系統(tǒng)由回風管路和送風管

6、路構成， 室內(nèi)供風流場為:廠房潮濕空氣經(jīng)過入口過濾器過濾后， 經(jīng)回風管路分別送至2套室外制冷除濕機組進行降溫除 濕后再將滿足溫濕度要求的空氣混合后經(jīng)送風管路送至 廠房內(nèi)。系統(tǒng)原理如圖1所示。3.1設計點選取查詢綿陽市近5年年度氣象參數(shù)，可知綿陽夏季外界 環(huán)境平均溫度為31.6C,相對濕度平均為70%左右,冬季 外界平均環(huán)境為2C,相對濕度不大于80%。由于廠房為 密閉空間，廠房按溫度26C,相對濕度70%進行核算。因 此，確定設計點如下：夏季外界環(huán)境溫濕度:干球溫度31.6C,相對濕 度70%；廠房內(nèi)溫度26C，相對濕度70%。冬季外界環(huán)境溫度2C；相對濕度不大于80%。最終目標：夏季廠內(nèi)溫濕

7、度:干球溫度23C,相對濕度55%。冬季廠內(nèi)溫濕度:干球溫度23C,相對濕度40%。圖1系統(tǒng)原理圖3.2循環(huán)風量計算根據(jù)廠房設計圖紙，廠房有效空間為37000m3,廠房 設計1小時循環(huán)1次，由公式：V=(n/T) x V1(1)式中：V系統(tǒng)循環(huán)風量，n換氣次數(shù)，T時間，V1廠房體積。計算可以得出，系統(tǒng)循環(huán)風量為37000m3/h。同時為了保證系統(tǒng)長時間運行過程中室內(nèi)空氣潔凈 度的要求，在回風混合處混入一定比例的新風,按每人需 要新風90m3/h計算，廠房內(nèi)工作人數(shù)為30人時,需要的 新風量為2700m3/h。整個廠房采用兩臺相同的室外制冷除濕系統(tǒng)組成， 因此,單臺機組要求的風量為19850m3

8、/h，考慮一定的余 量,單臺風量選取22000m3/h。3.3制冷量計算根據(jù)設計工況，通過程序計算可知:空氣入口焰值h1 為67.278kj/kg，含濕量M1為14.792g/kgo根據(jù)要求， 目標供風溫度為23C，相對濕度為55%，在濕空氣焰濕圖 上可查的最終供風狀態(tài)的含濕量為9.634g/kg(d.a),露 點溫度為13.496C。因為蒸發(fā)器的出口相對濕度一般可 達99%,因此,首先將空氣溫度降至13 C (露點溫度以下), 相對濕度為99%,對應含濕量為9.237g/kg(d. a)，然后將 空氣等濕加熱至23C ,此時空氣相對濕度為52%,滿足 23C時相對濕度小于55%的設計要求。綜

9、上所示，系統(tǒng)首先將通過制冷系統(tǒng)將出風溫度降 至13C,然后通過電加熱器/換熱器將溫度提升至滿足要 求的供風溫度，同時降低了空氣的相對濕度，單套室外制 冷除濕機組的主要設計參數(shù)如表1所示。單套系統(tǒng)總的制冷量可通過下面的公式計算：P1 = (P2+P3)(2)式中:P1整個單個系統(tǒng)的制冷量(kW),P2空氣熱負荷，P3系統(tǒng)中的管路損耗。P2=Gx(h1-h2)(3)式中:P2空氣熱負荷(kW),G空氣流量(kg/h),h1空氣入口焰值(kj/kg),h2空氣出口焰值(kj/kg)。經(jīng)程序計算可知,管路損耗約為P3約為5kWo 綜上所述,單套系統(tǒng)所需的制冷量約為231kWo3.4除濕量計算單套制冷系

10、統(tǒng)總的除濕量可通過下面的公式計算：M=VxPx(M1-M2)(4)表1單套室外除濕機組設計參數(shù)表序號入口溫度(T)入口相對 濕度入口含濕量(g/kg(d.a)入口焓值(kj/kg)出口溫度(T)出口相對 濕度()出口含濕量(g/kg(d.a) )出口焓值(kj/kg)1267014.79267.27813999.23736.454213999.23736.45423529.23746.725式中:M一單套制冷系統(tǒng)的除濕量(kg/h),V空氣流量(kg/h),P出風空氣的比重,(kg/m3)，M1空氣入口含濕量(g/kg(d .a)，M2空氣出口含濕量(g/kg(d .a)。通過計算可知，單套室

11、外制冷除濕系統(tǒng)總的除濕量 為 190.65kg/h。3.5加熱量計算加熱負荷的計算根據(jù)綿陽地區(qū)的冬季設計溫度,風冷系統(tǒng)設計參數(shù)冬 季選擇環(huán)境溫度工況設計點為溫度2C ,相對濕度80%。 當出口溫度為10C時，相對濕度為45%,即可滿足相對濕 度小于55%的要求。因此,加熱溫差按照8C計算,按照下 列公式：Q = C x m x At(5)式中:Q達到所需溫度總的加熱量，C 空氣比熱，m空氣質(zhì)量， t空氣的溫差。計算可知，風冷系統(tǒng)從冬季的最低環(huán)境溫度加熱至 設計點溫度需要的加熱負荷為59kW,由于風機的軸功率 為24kW(功率的80%),因此加熱器的加熱功率達到35kW 就能滿足冬季極低環(huán)境溫度

12、加熱至設計點溫度要求。調(diào)溫負荷的計算根據(jù)選取的設計點,經(jīng)換熱器后的最低溫度可達 13C,相對濕度為99%,為了精確調(diào)節(jié)出口的供風溫度,從 而進一步調(diào)節(jié)出風口空氣的相對濕度。在該系統(tǒng)的設計 中按照8C的調(diào)溫計算，需要的加熱負荷為59kW，由于風 機的軸功率為24kW(功率的80%),所以需要的調(diào)溫電加 熱功率為35kW,電加熱器通過晶閘管實現(xiàn)無極調(diào)節(jié)。綜上所述，單套室外除濕系統(tǒng)的制冷量為231kW/套， 除濕量為190.65kg/h/套,加熱量為50kW ；廠房除濕設 備總的制冷量為462kW,總的除濕量為381.3kg/h,總的 加熱量為70kW。4模擬分析4.1阻力計算(1)送風沿程阻力計算

13、：風速12m/s,管道的長度200m，計算得出送風管路 沿程阻力Rs=514.9Pa。水冷冷凝器位于風機出口處，水冷換熱器阻力取200Pa。電加熱器位于風機出口處，電加熱器阻力取200Pa。 彎頭、閥門等局部阻力取100Pa。送風系統(tǒng)總阻力：514.9+200+200+100=1014.9Pa。(2)回風沿程阻力計算：風速6m/s,管道的長度200m,計算得出回風管路沿 程阻力 Rh=128.7Pa。蒸發(fā)器位于風機回風段,1-4級蒸發(fā)器的排數(shù)分別是 6,6,6,4,1-3級蒸發(fā)器阻力各取200Pa，第四級蒸發(fā)器阻 力取120Pa,共計720Pa。彎頭、閥門等局部阻力100Pa?；仫L系統(tǒng)總阻力：128.7+720+100=948.7Pa。4.2流場模擬根據(jù)系統(tǒng)計算，選