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1、(中文题名)纺织厂喷水室中不同形式挡水板性能的研究(英文题名)Study on performance of differentforms of breakwater in the spray chamber oftextile workshop研 究 生:赵婷导师:颜苏芊(副教授)苟永福(高工)学院:环境与化学工程学院学科专业:建筑与土木工程学位类型:专业学位学位授予年度:2015 年学校代码1070910709中图分类号TU831.4TU831.4UDC密级:公开保密论文题名:纺织厂喷水室中不同形式挡水板论文题名:纺织厂喷水室中不同形式挡水板性能的研究性能的研究研 究 生研 究 生:赵婷赵
2、婷学号学号:20124452012445导师(校内)导师(校内):颜苏芊颜苏芊(副教授)(副教授)导师(校外)导师(校外):苟永福苟永福(高工)(高工)学院:学院:环境与化学工程学院环境与化学工程学院专业领域专业领域:建筑与土木工程建筑与土木工程申请学位:申请学位:工程硕士工程硕士答辩委员会主任委员答辩委员会主任委员:郑爱平(教授)郑爱平(教授)答辩日期答辩日期:2015年年3月月22日日西安工程大学学位论文原创性声明西安工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表
3、或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名:日期:年月日西安工程大学学位论文版权使用授权书西安工程大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权西安工程大学教学目的使用本学位论文,将全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密保密,在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密不保密,立即或在1 年2 年后开放使用。学位
4、论文作者签名:指导教师签名:日期:年月日日期:年月日I纺织厂喷水室中不同形式挡水板性能的研究纺织厂喷水室中不同形式挡水板性能的研究摘要:摘要:针对目前纺织厂能耗过大,造成能源浪费和影响经济效益等问题,由于空调能耗占总能耗的 30%以上,其中喷淋能耗及喷水室中挡水板的能耗不容小觑,本课题主要研究纺织厂空调用挡水板的性能。首先,以常用的 W 形、波形和 V 形挡水板为研究对象,选择纺织厂众多车间中最具代表性的车间:细纱车间和织布车间为测试地点,在夏季对三种形式的挡水板进行测试。测试参数为喷水室内的风速、风压、温湿度等,计算挡水板的通风量、过水量、阻力、阻力系数等重要性能参数。将数据绘图对比,得出以
5、下结论:(1)波形挡水板的阻力最小,在 7.110.3Pa 范围内,是 W 形的 0.390.75 倍,是 V 形的 0.0460.34 倍;(2)波形挡水板的阻力系数最小,在 6.67.8 范围内,是 W 形的 0.360.57 倍,是 V 形的 0.220.32 倍;(3)波形挡水板的过水量在 1.032.28g/kg 范围内,能够较好满足不同车间的要求,且阻力和阻力系数最小,性能最佳。其次,本课题针对清洗挡水板时将其分片拆卸,浸泡在浓盐酸中除垢,再重新安装的繁琐费事等问题,在性能最佳的波形挡水板上做改造:从喷淋管上向挡水板两侧分别引一根分水管并安装喷嘴,利用喷淋水定期冲刷板面,来减缓结垢
6、和降低阻力。结论如下:(1)和改造前干净挡水板的阻力相比,改造两个月后,改造侧的阻力是其 1.03倍,阻力增长缓慢,基本无变化;对比侧的阻力是其 1.65 倍,增长了一半多;(2)和改造前干净挡水板的阻力系数相比,改造两个月后,改造侧的阻力系数是其 0.93 倍,基本无变化;对比侧的阻力系数是其 1.35 倍,增长了近一半;(3)改造前挡水板的过水量为 1.28g/kg,改造两个月后,改造侧、对比侧的过水量分别为 1.60g/kg、1.30g/kg,过水量并无太大变化,说明该方法对挡水板的过水量没有影响,满足车间正常的生产工作。图 36 幅,表 17 个,参考文献 50篇关键词:关键词:挡水板
7、;阻力;阻力系数;过水量;能耗分析中图分类号:中图分类号:TU831.4IIIIIStudy on performance of different forms of breakwater inthe spray chamber of textile workshopAbstract:Aiming at the textile factory energy consumption is too large,causingthe problems of energy waste and influence economic benefit etc.,because the airconditio
8、ning energy consumption accounted for more than 30%of the total energyconsumption,the energy consumption of breakwater and spraychamber inwhich energy consumption can not be underestimated,this paper mainly studies theperformance of different forms of breakwater in the spray chamber of textileworksh
9、op.First of all,with the W shaped,wave shaped and V shaped forms breakwaters asthe research objects,the choice of textile workshop in many of the most representativeof the workshop:the spinning workshop and the weaving workshop for a test site.Test on three kinds of breakwater in summer.The test par
10、ameters include wind speed,wind pressure,temperature and humidity of the spray chamber.Calculation ofventilationaboutbreakwaterimportantperformanceparameters,suchasresistance,resistance coefficient,the amount of water.The data graphic analysis,draw the following conclusions:(1)Wave shaped form break
11、water has the least resistance,in the range of 7.110.3Pa,is 0.390.75 times of W shaped form breakwaters resistance,is 0.0460.34 times ofV shaped form breakwaters resistance;(2)Wave shaped form breakwater has the least resistance in the range of 6.67.8,is0.360.57 times of W shaped form breakwaters re
12、sistance coefficient,is 0.220.32times of V shaped form breakwaters resistance coefficient;(3)The over the amount of water of the wave shaped form breakwater in the rangeof 1.032.28g/kg,to better meet the requirements of different workshop.And has theMinimum resistance and the resistance coefficient,
13、the best performance.Secondly,this paper for the cleaning of the breakwater have to slice demolition,immersion in concentrated hydrochloric acid to clean,and then reinstall the tediousand time-consuming problems,do the transformation on the best performance of thewave shaped form breakwater:from the
14、 spray pipe to the breakwater are respectivelyon both sides of a branch pipe and the installation of nozzle,the board is washedIVregularly by water spray,to mitigate fouling and reduce the resistance.The conclusionis as follows:(1)Comparedwiththeresistanceofthecleanbreakwaterbeforetransformation,aft
15、er two months,reconstruction of side resistance is 1.03 times,theresistance growing slowly,no change;Comparison of side resistance is 1.65times,growth figure is more than half;(2)Comparedwiththeresistanceofthecleanbreakwaterbeforetransformation,after two months,reconstruction of side resistance coef
16、ficient is 1.03times,the resistance coefficient,no change;Comparison of side resistance coefficientis 1.65 times,growth figure is nearly half;(3)The amount of water of the breakwater before transformation is 1.28g/kg,aftertwo months,reconstruction of side and comparison of sideis 1.60g/kg,1.30g/kg,t
17、here is no much change.To illustrate this method has no effecton the amount of the water of the breakwater.To meet the normal production.There are 45 pictures,33 forms and 61references in this paper.ZhaoTing(HVAC)Directed by Professor YanSuQianKay words:Breakwater,Resistance,Resistance coefficient,T
18、he amount ofwater,Energy analysisClassification:TU831.4V目次目次1 绪论.11.1 课题的研究背景.11.2 课题的研究目的.21.3 挡水板的研究现状.21.4 课题的研究内容和意义.62 挡水板的工作原理及影响因素.92.1 喷水室简介.92.2 挡水板的工作原理.102.3 过水量及其影响因素.112.4 阻力及计算公式.122.4.1 沿程损失的计算.122.4.2 局部损失的计算.142.4.3 挡水板的总阻力.153 常用三种形式挡水板的测定和对比.173.1 测试目的和参数.173.2 准备工作和测试对象的选取.173.3
19、所需仪器和测试步骤.183.4 测试数据和分析.193.4.1 三厂 W 形挡水板的数据.193.4.2 五厂波形多棱挡水板的数据.223.4.3 咸阳八方纺织集团 V 形间断挡水板的数据.233.5 三种形式挡水板测试数据对比.263.5.1 W 形、波形多棱、V 形间断挡水板的阻力对比.263.5.2 三种形式挡水板对应的阻力系数对比.273.5.3 三种形式挡水板对应的过水量对比.283.6 常用三种形式挡水板性能的比较.304 波形多棱挡水板的改造及测定.334.1 改造原因.334.2 改造方案.354.2.1 被改造喷淋室的选取.354.2.2 改造的具体方案.354.3 改造前、
20、后的测试、数据计算.384.3.1 改造前的测试.384.3.2 改造后的测试.394.4 对比分析前后测试数据.424.4.1 四次测试阻力的对比.424.4.2 四次测试阻力系数的对比.434.4.3 四次测试过水量的对比.444.4.4 改造前、后挡水板各参数的对比分析.444.5 小结.485 结论和展望.495.1 结论.49VI5.2 不足与展望.50参考文献.53作者攻读学位期间发表学术论文清单.57致谢.591 绪论11绪论1.1 课题的研究背景节约能源是目前我国经济增长和社会发展的一个重要使命,建设节能型小康社会,增进现代社会的经济可持续发展,是实现我国全面建设小康社会的宏伟
21、目标,也是构建和谐社会的重要基础保障1。众所周知,纺织企业是一个高能耗的行业,长期以来,纺织厂的能耗问题是纺织行业研究者最为关心的问题,如果能耗过高,便会增加企业生产的成本,降低经济利润。随着国家“十二五”规划的提出,我国将全面建设小康社会,其中,国内各行各业的消费者对纺织品服装消费的需求不断增加,国内市场对纺织工业的发展提出了更高的要求。随着我国建设资源节约型、环境友好型社会的加速推动,人们对纺织工业的节能减排提出了更高的要求2;另一方面,随着我国经济的发展和能源政策的调整,纺织行业的能耗高、用工多等弊端日益凸显,这些导致生产成本日渐提高,行业利润下降,严重制约了纺织行业的可持续发展。在现代
22、纺织厂的能耗中,空调系统是不可缺少的一个能源消费系统,空调系统为人们提供了一个良好舒适的工作环境,也为纺织企业提供了生产过程中所需要的环境条件,但同时也消耗着大量的资源。据有关资料统计,在纺织行业中,车间总能耗中的 20%30%为空调除尘系统的能耗,可谓“纺织厂的高能耗环节”,是除工艺生产能耗之外最主要的能耗环节。据业内人士分析,目前我国的纺织空调系统有 30%以上的无效能耗,也就是说,纺织空调系统普遍都存在着 30%以上的节能潜力空间,所以,若能对纺织空调的能耗加以有效的控制,对于提高纺织厂的能源利用效率具有重要的经济效益和社会效益1。根据我国实行节能减排的目标,为响应国家号召,坚定不移地走
23、可持续发展道路,结合企业的生存发展以及经济效益两个双重要求,纺织空调技术必须进行革新,迫切需要新的设备和系统问世,以便解决能耗过大的问题。因此,如何能够有效地降低纺织厂空调系统的能耗,是目前亟待解决的一个大问题。在纺织厂的空气调节系统中,为了获取符合不同工况车间对冷风或热风的要求,消除车间内空气的热湿干扰,我们必须对空气进行热湿处理。通常采用在喷水室中对空气进行喷水,利用水滴与空气直接接触的方法来对空气进行处理。这种方法具有很大的优越性,既有加热、冷却、加湿或去湿功能,又能通过细小水滴直接清洗雾化空气,利用喷嘴在一定喷水压力下具有喷射作用,使喷淋水分裂时形成无数细小雾状水滴,提高空气的新鲜度和
24、湿度,调节空气的温度3。挡水板是空调喷水室的重要构件之一,当气流在相邻两片挡板的通道内曲折流通时,其所夹带的水滴由于惯性作用来西安工程大学硕士学位论文2不及改变运动方向,而和板面相碰,在板面形成一层水膜,当水膜超过一定厚度后,会沿挡水板表面垂直流入底池,这就是挡水板进行气水分离和阻止水滴通过的工作原理4。1.2 课题的研究目的随着纺织工业近年来的快速发展,纺织厂的节能问题也越来越得到更多人的重视和研究,纺织厂本身是一个高能耗的企业,其中,空调除尘设备的能耗约占纺织行业总能耗的 30%左右。由于空调系统的能耗负担沉重,据有关数据显示,相当数量的纺织厂很少开空调甚至不开空调,而纺织品对空气的温湿度
25、要求较高,没有空调系统的有效调节,会造成产品的质量下降,使得企业更不愿意在空调系统的运行上花费成本,久而久之,导致了一场恶性循环,产品质量越差,企业获利越少,纺织厂无法得以维持。另外,有些纺织厂虽然采用了空调系统,但是由于空调系统的无效能耗过高,采用空调系统的纺织企业也在为成本苦苦支撑,这就决定了在提高空调除尘水平进行空调除尘设计的过程中,实现节能高效是纺织工业节能的重要环节。目前纺织厂空调系统多采用喷水室来处理空气,喷水室不仅能实现对空气加热、冷却及加湿或去湿等多种处理,而且还对空气具有一定的净化洗涤功能。喷水室通过采用喷淋循环水的方式对空气进行热湿处理,让空气与水在喷水室内直接接触,发生热
26、湿交换,通过改变水温和喷嘴孔径,从而调节空气的温度和雾化效果,满足不同工况所要求的空气温湿度,对空气实现多样化处理5。挡水板作为喷水室的主要构件之一,能耗占到喷淋系统的 70%以上6,其性能优劣关乎到纺织空调的节能好坏,值得重视。本课题的研究目的是,对常用几种形式的挡水板逐一进行测试,对比相关的性能参数,找出性能最佳的挡水板形式,为以后纺织企业使用挡水板的选型提供参考;并针对挡水板清洗时需拆卸,浸泡在浓盐酸中除垢,再重新安装等繁琐问题,大胆突破,探索新型简单的清洁方法,以达到有效减缓结垢,降低阻力的目的。1.3 挡水板的研究现状长期以来,学者们对于挡水板的研究主要为形式的研究,形式不同则性能不
27、同,在挡水板发展的六十多年中,其发展方向主要为探讨挡水板形式的突破。挡水板的发展现状和改进分析分别如下:五十年代初,纺织厂空调设计中多采用 6 折 120或 6 折 90并带有凸边形式的挡水板(图 1-1),突起的边缘可以增加挡水效果,防止板面的水膜被空气带走,使其1 绪论3有效流入水池。这种挡水板的板间距为 2530mm。由于用料多,阻力大,维修不便且制造过程麻烦等缺点,目前新型的纺织厂已经不再使用7。120(a)六折)六折 120带凸边挡水板带凸边挡水板90(b)六折)六折 90带凸边挡水板图带凸边挡水板图 1-1六折带凸边挡水板示意图六折带凸边挡水板示意图1957 年以后,设计了 90的
28、人字形玻璃挡水板(图 1-2),其优点是耐腐蚀,不需油漆和维护保养,性能稳定,挡水效果好。相对于老式铁制三折挡水板,克服了易腐蚀,难维修,阻力大,过水带水现象严重的缺点。但其装拆不便,破碎严重,在被纤维性尘埃堵塞时,无法拆卸清洁,后逐渐被淘汰8。9090图图 1-290人字形玻璃挡水板示意图图人字形玻璃挡水板示意图图 1-3三折三折 90人字形玻璃挡水板示意图人字形玻璃挡水板示意图六十年代,为了减少阻力,将挡水板改为三折 90无凸边(图 1-3)形式,折板间距为 40mm,挡水效果良好。在折板的固定处改整体卡板条为细铜丝固定,构造简单,安装方便7。七十年代初,重棉七厂在设计中采用 V 形分离串
29、联式玻璃挡水板(图 1-4)的新型结构,两组 V 形挡水板中间的间隔为 700800mm,便于维护人员进入拆卸或安装以及清洁挡水板。由于其不容易腐蚀老化,且制造、维修成本低,对于空气中含有大量纤维性尘埃的纺织企业来说,尤为适用9。西安工程大学硕士学位论文4图图 1-4V 形两折挡水板示意图形两折挡水板示意图蛇形挡水板(图 1-5),它的横剖面呈蛇形弯曲,进出口段为平直形,波纹数少,尺寸小。该挡水板的阻力系数小,仅为 3.05,可节省原材料 1520%,便于加工制造,节能、经济。但在我国北方大部分地区,由于水的硬度高,水中钙、镁等离子浓度较大。挡水板工作一段时间后,板面很容易产生水垢,使曲折通道
30、变窄,空气流经挡板的阻力增加,空调系统能耗增加;而且板间通道曲折,容易堵塞影响空气的正常流通,使通风量减少,不能有效发挥空调系统的能力10。图图 1-5蛇形挡水板横剖面示意图蛇形挡水板横剖面示意图波形多棱挡水板(图 1-6),由玻璃纤维布或不饱和树脂制成,在挡水板两端分别嵌装铁丝。其结构简单,适用高、低风速的喷水室,且抗腐蚀,耐高低温水锈,不易变形;占地面积小,重量轻,便于安装和拆卸11。图图 1-6波纹多棱挡水板示意图波纹多棱挡水板示意图对以上不同形式的挡水板进行改进,发现应用于空调机组里的气水分离器和挡水板的工作原理相同,它是由交叉排列的分离元件束构成的。圆柱形气水分离器是利用惯性碰撞和离
31、心沉淀原理设计,由3排交错排列的管状零件组成的框架式结构件,如图1-7(a)所示。三角形气水分离器三角形气水分离器是由2排相同形状和间距的角1 绪论5钢形分离元件反向交错排列构成的,结构如图1-7(b)所示13。水气流方向水气流方向(a)圆柱形()圆柱形(b)三角形图)三角形图1-7气水分离器示意图气水分离器示意图东华大学的刘刚、沈恒根与上海建筑设计院的张静波采用红宝石脉冲全息滴谱仪拍摄的全息片,分析了不同挡水板间距、不同喷水压力、不同水汽比和不同风速情况下通过挡水板的水滴直径大小,水滴粒径分布情况等影响因素。发现在一定风速,一定挡水板间距的情况下,随着水气比的增加,水滴直径逐渐减小;而在水气
32、比,挡水板间距一定的情况下,随着速度的提高,水滴直径反而逐渐增大;在水气比、风速不变的情况下,随着挡水板间距的减小,水滴直径逐渐减小14。天津工业大学陈晓英通过计算比较风量、水量发现,挡水板带水现象使通风量、制冷量、总水量以及低温水量都减少,带来了相对较为经济的结果15。余承坤通过对织布车间挡水板的分析发现,过水量的大小与空气的流速大小有关,空气流速越大,则通过挡水板的过水量越大;挡水板的折数越多,由于空气与水滴流动的方向改变次数增加,增加了水滴从空气中分离出来的可能性,过水量减少;在挡水板曲折角度相同的条件下,间距越小,过水量越小;而当间距相同时,角度越小,过水量越小。这是因为水气流中携带的
33、水滴与挡水板表面碰撞的机会增多,增加了气水分离的可能性。过水量还与挡水板的凸边有关,水气流碰撞到凸边上时,可以阻挡一部分水滴随空气通过挡水板,增加挡水效果。实际观察发现,凸缘越长,过水量越少;但是凸边与挡水板的缝隙处容易附着飞花毛絮,一段时间后,基本对过水量的大小没有影响16。西安工程大学杨洋、黄翔、颜苏芊通过对某棉纺厂实际改造发现,加入前挡水板后喷水室有良好的整流效果,避免水滴的飞溅,使空气和水分充分接触,增加了热湿交换效率;同时在测试过程中发现,挡水板所增加的局部阻力远小于空气紊流引起的阻力17。上海纺织工业的郑宗奇分析发现,未被挡水板挡住的水滴,随气流通过风道进入车间后会增加车间空气的湿
34、度。因此对织造等高湿车间,可采用增大挡板间距,加大西安工程大学硕士学位论文6曲折角度的方法;对于相对湿度要求较低的车间,可通过缩小挡板间距,增大通过挡板的空气流速的方法减小过水量,但是阻力损失与气流速度的二次方成正比,反而会加大阻力损失。为此宜采用折数多、曲折角小的挡水板,虽然其局部阻力系数值将有所增加,但由于空气通过挡水板时的阻力与阻力系数值仅是一次方的关系,故总的阻力损失还是小于加大气流速度的方法18。西安工程大学的霍海红、黄翔在实际测试中发现挡水板的间距太大阻水效果不明显;挡水板也有严重的结垢现象致使挡水板上的水膜下滑,阻力变大速度变慢,还没有来得急下滑到水面就被气流带走;挡水板与水面有
35、较大缝隙,大量的水被空气从水面带出;送风风速过高,水滴随风飘浮的惯性大19。目前国内通常使用的挡水板为多折形挡水板,波纹形挡水板20等,其局部阻力系数为 10.411.4,前者的阻力系数为 1022,后者阻力系数为 4.0 左右,其显著特点是阻力小。这些形式的挡水板的过水量较为适宜,适用于 3m/s 风速的情况下。瑞士 Luwa 波形挡水板,用于 Luwa 公司的高速空调室(图 1-8),呈 S 形,有深 7mm 的波浪形皱折,每二折板间的夹角为 120,但折与折的连接是用圆弧连接的,间距为 22mm,其风速约为 3.56.5m/s,阻力系数为 3.8 左右。该挡水板有铝材、塑料两种材质,塑料
36、板的材质为改性聚苯乙烯,强度、刚度、耐疲劳强度、弹性都比较理想12。图图 1-8罗瓦波形挡水板示意图罗瓦波形挡水板示意图1.4 课题的研究内容和意义本课题主要探索纺织厂空调系统的节能。根据现有研究得知,对空调系统能耗的控制最主要就是对挡水板阻力的控制,挡水板是空调室的主要构件之一,挡水板的阻力占整个空调系统阻力的一半甚至更多,其中飞花和结垢是挡水板在使用过程中阻力逐渐增大的重要原因。如果喷淋水的硬度过高,板面很容易形成水垢,如果不及时清1 绪论7理就容易导致通道堵塞,挡板之间的空气流通的有效通道减小,使得空气通过的阻力增大,从而引起耗能的增高。另外,在实际使用过程中,纺织厂通常清洗挡水板时,是
37、将挡水板浸泡于长方形池子中,用浓盐酸来清洗,浓盐酸价格高,而且有腐蚀作用,气味难闻,结垢沉积过久的不易清洗掉;再者,挡水板是现浇固封在喷水室中的,其拆卸过程也繁琐费力,清洗完毕后的安装过程也同样麻烦。本课题针对以上问题,将研究方向立足于:选择什么形式的挡水板,其性能最佳,工作效率最高,能够在纺织厂空调喷淋室中能耗最小;针对以往清洗挡水板存在的繁琐费事等问题,改变传统清洗方法,在挡水板前、后方对称两侧引两根喷淋水管并安装若干喷嘴,利用喷嘴喷水本身带有的压力冲刷板面,来代替人工清洗,以减缓挡水板的结垢现象,降低挡水板的阻力,从而降低喷淋系统乃至空调系统的能耗。西安工程大学硕士学位论文82 挡水板的
38、工作原理及影响因素92挡水板的工作原理及影响因素2.1 喷水室简介传统的空调室送风系统主要由进风窗、喷水室、风道、加热器、回风窗、通风机等设备组成,其中,喷水室(如图 2-1)又称喷淋室,是对空气进行热湿处理的场所,是空调送风系统中的主要部分。喷水室主要包括导流板(整流器)、喷嘴、喷水排管、水池、挡水板、水泵、滤水器、溢水器、各种供回水管等,为了检查和观察的需要,喷水室还需安装密闭检查门、低压防水照明灯等21。采用一套喷淋系统的喷水室称为单级喷水室;将两套喷水系统串联起来,称为双级喷水室,此时空调用水可分别通过两级喷淋和空气进行热湿交换。纺织厂现在都使用双级喷水室(图 2-1),双级喷水室在工
39、作时,空气先进入第一个喷水室(称一级喷水室),再进入第二个喷水室(称二级喷水室),而冷水先进入二级喷水室,再从二级喷水室水池中抽出,再进入一级喷水室进行喷淋。优点是水的升温大、用水量少、在使空气得到较大的焓降的同时,节约了用水量,特别适合像纺织厂这样要求空气焓降大的场所。喷水方式多采用双排对喷形式,主要因为双排使水苗能更好地覆盖喷水室断面,并兼有顺喷和逆喷的优点,即空气和水接触的时间长,加湿效果好,换热效率高22。图图 2-1喷水室示意图喷水室示意图在纺织厂的空调送风系统中,喷淋室有多种处理空气的方式。在夏季,以我国南方地区为例,由于室外气温高,含湿量高,空气在喷水室被喷淋处理时,一般为冷却去
40、湿过程,利用温度较低的地下水或冷冻站来得冷冻水对空气进行喷淋处理。这时多使用双级喷水室,喷淋水被重复循环使用,可以节省用水量;在春、秋和冬季,仅仅需要对车间的空气进行加湿过程,可开启一级喷水室,主要任务西安工程大学硕士学位论文10是加湿空气,使用循环水处理空气,来实现绝热加湿过程。这样处理空气不仅节能,而且等焓加湿效果好,被处理的空气终状态相对湿度较高,一般高达 95%以上23。不论喷水室使用哪种空气处理方式,挡水板的作用都一样,即阻挡流经挡水板通道的空气中含有的水滴,使空气达到需要的湿度状态,然后被送进风管内。2.2 挡水板的工作原理挡水板(图 2-2)是由多块直立的折板或板条组成,被安装在
41、喷水室最后一排喷淋排管的后面。当夹带水滴的空气在相邻两挡水板的通道内曲折前进时,由于惯性作用,水滴与挡水板相碰撞后粘附在其表面上并形成水膜,沿板面流入水池。挡水板并不能把悬浮在空气中的细小水滴全部阻挡住,总会有一小部分水滴被空气携带,依次经过挡水板、风道,进入车间。漏过去的这部分水滴被称为过水量24。(a)W 形挡水板(形挡水板(b)6 折折 120挡水板挡水板(c)V 形间断挡水板(形间断挡水板(d)波形挡水板图)波形挡水板图 2-2常见几种形式的挡水板实图常见几种形式的挡水板实图挡水板进行气水分离的原理是,夹带着水滴的空气流经过挡水板的曲折(弯曲)通道时,空气与水滴在挡水板内急剧地运动,在
42、挡水板夹角处不断地改变前进的方向,一直连续不断的在前进过程中形成许多大大小小的漩涡。由于漩涡的2 挡水板的工作原理及影响因素11存在促使绝大部分细小水滴在漩涡中聚集成大水滴,惯性作用使大水滴与挡水板表面发生碰撞,聚集在板面上形成水膜。依靠重力的作用沿挡水板留到池底,而少部分直径较小的水滴则会随着空气穿过挡水板通过风道进入车间,由此完成整个气水分离功能(图 2-3,大水滴受重力作用落入水池中,小水滴随空气流通过挡水板进入风道送进车间)。小水滴大水滴图图 2-3挡水板的气水分离原理图挡水板的气水分离原理图挡水板气水分离的关键在于细小水滴形成气流漩涡数量的多少,而漩涡的形成又依赖于挡水板的几何形状以
43、及气流速度。一般情况下挡水板曲折(弯曲)越多,形成的涡流也越多,挡水效果就越好。为了减少阻力,避免气流突然转弯,气流应在弧形的流道中通过。2.3 过水量及其影响因素空气流经挡水板进行气水分离时,挡水板不能把雾状水滴全部挡住,仍有部分细小水滴会被空气所夹带,含在空气中的这部分雾状水滴即为“过水量”,用“d”表示,单位为 g/kg 干。过水现象是不可避免的,空气所带的适量过水量进入车间后可被蒸发,增加空气湿度,对织布车间的工序生产有益,适量过水量是允许的。过水量应应控制在一定范围内,若过水量太大,会造成风道滴水而锈蚀设备,减少风道及设备的使用寿命;同时,会导致使车间的空气含湿量过大,妨碍生产的正常
44、进行和设备的维护保养,对纺纱车间的工艺会造成不良影响。从目前相关研究可知,当采用 4 折6 折,角度为 90120、间距为 30 mm 50mm 的挡水板时,通常过水量取d=0.5g/kg1.0g/kg 干(即对应于 1kg 干空气的湿空气中所含有的水蒸气量)25。但是在实际工况运行中,使用不同形式挡水板的情况下,过水量的大小具体是多少,目前还没有统一的看法。影响挡水板过水量的因素主要包括:挡水板的材料、形式、挡水板间距、曲折角度、空气流速等。西安工程大学硕士学位论文12(1)材料:挡水板一般采用玻璃钢板、PVC、ABS、PE、不锈钢材料等制成。(2)形式:常用的挡水板有 W 形(4 折 90
45、)、6 折 120、V 形间断、波形等。折数越多,则水气流流动方向改变次数越多,加大气水分离的可能性;但在实际测试中,折数过多,挡水效果不但不明显反而使阻力迅速增大。(3)间距及曲折角度:曲折角度相同时,挡水板间距越小,d 越少;间距相同时,越小,水滴与挡水板表面碰撞的机会和程度增大,增加了气水分离的可能性。(4)飞花毛絮:在实际生产运行中,纺织车间会产生大量飞花毛絮,易附着在挡水板壁面,使挡水板间距变小,水气流不易通过挡水板,加大挡水板阻力。(5)结垢:挡水板与水滴长时间接触,容易在板面结垢,减小挡水板间距,使得空气不易通过挡水板,加大了挡水板阻力。(6)空气流速:空气流速较低时,易穿过挡水
46、板;气流穿过挡水板通道的速度快过,会减少空气与水的接触时间,导致挡水板的阻力增大,过水现象严重。2.4 阻力及计算公式在工程计算中,根据流体接触的边壁沿程是否变化,可将能量损失分为两类:沿程损失fh和局部损失mh。2.4.1 沿程损失的计算沿程损失是指,流体在边壁沿程不变的管段或壁面上克服沿程阻力(即摩擦阻力)所引起的能量损失,它与管段、壁面等的长度成正比,所以也称为长度损失。摩擦阻力的计算公式为:gdlhf22(2-1)用压强损失表示,则为:22dlPf(Pa)(2-2)式中:l空气流经挡水板经过的直线距离,m;d挡水板的当量直径,m;2 挡水板的工作原理及影响因素13空气的流速,m/s;沿
47、程阻力系数;空气流经的挡水板截面为矩形,设宽为 a,高为 b,故当量直径为:baabde2(2-3)由于挡水板属于非圆管类型,所以沿程阻力损失为:22)(222abbaldldPlml(2-4)根据莫迪图(图 2-4),知道 K/d和 Re,即可查出。图图 2-4莫迪图莫迪图其中:K壁面的绝对粗糙度;Re雷诺数,判别流体的流态,由流速、当量直径d、流体的动力粘度和密度四个参数计算。根据表 2-1,可以得出常见的几种工业管壁的 K 值:西安工程大学硕士学位论文14表表 2-1常见几种工业管道绝对粗糙度常见几种工业管道绝对粗糙度涂沥青铸铁管铸铁管铜管、玻璃管K(mm)0.150.010.150.1
48、20.250.01雷诺数的计算公式为:/Redd(2-5)在层流区域:2000Re,此时仅随 Re 变化,Re64在临界区域:Re 在 20004000 范围内,此时3Re0025.0在紊流区域:4000Re,25.0eRe6811.0dK2.4.2 局部损失的计算流体接触边壁的过程中,在边界急剧变化的区域,阻力主要集中在该区域内及其附近,这种集中分布的阻力称为局部阻力,流体克服局部阻力所产生的能量损失,称为局部损失。引起局部阻力的原因是由于漩涡区的产生和速度方向和大小的变化。对于空气流经挡水板该情况而言,局部阻力主要集中在挡水板附近。当空气流经相邻两挡水板间的狭窄通道时,由于空气的黏滞性和板
49、面的粗糙度而引起摩擦阻力,空气为克服该摩擦阻力引起的能量损失,称为挡水板的局部损失。局部阻力的计算公式为:22mP(Pa)(2-6)其中:局部阻力系数,它的具体数值取决于挡水板的结构。纺织厂所用的波形挡水板的阻力系数为 4.0,W 形挡水板的阻力系数一般为 1318,6 折 120挡水板的阻力系数可按图 2-5 选用。2 挡水板的工作原理及影响因素15图图 2-56 折折 120挡水板的阻力系数挡水板的阻力系数2.4.3 挡水板的总阻力挡水板的能量损失为沿程损失和局部损失的和,其总阻力即为摩擦阻力和局部阻力的和。用公式表示为:222)(22abbalPPPmml(2-7)结合前人的计算验证知,
50、该理论公式的计算误差在 10%以内,理论推导公式正确;另外,根据师姐之前的举例计算,得知挡水板在实际运行中,沿程损失很小,可以忽略不计。故在数值上,我们可以简化认为挡水板的总阻力等于局部阻力,即:22P(Pa)(2-8)西安工程大学硕士学位论文163 常用三种形式挡水板的测试和对比173常用三种形式挡水板的测定和对比3.1 测试目的和参数常用的挡水板形式有 W 形、V 形和波形等,形式不同,其性能参数也有所不同,本课题通过对不同形式的挡水板进行参数测试,将整理的数据绘制成图,分析何种形式的挡水板性能最佳;找到最佳形式的挡水板,为改善挡水板的清洗方法提供了良好的平台,在此基础上进一步对挡水板进行