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          熱試驗箱加濕和除濕方法的研究
          發布時間:2020.12.14
          濕熱試驗箱為了實現試驗條件,不可避免地要對試驗箱進行加濕和除濕的操作,本文打算就目前大量在濕熱試驗箱中運用較多的各種方法進行分析,指出它們各自的優缺點和建議使用的條件。
          濕度表示的方法很多,就試驗設備而言,通常用相對濕度這一概念描述濕度。相對濕度的定義是指空氣中水汽分壓力與該溫度下水的飽和汽壓之比并用百分數表示。由水汽飽和壓力性質可知,水汽的飽和壓力只是溫度的函數,與水汽可處的空氣壓力無關,人們通過大量的實驗和整理尋求到了表示水汽飽和壓力與溫度之間的關系,其中已被工程和計量大量采用的應當是戈夫格列其公式。它被目前氣象部門編制濕度查算表所采用。
          加濕的過程實際上就是提高水汽分壓力,zui初的加濕方式就是向試驗箱壁噴淋水,通過控制水溫使水表面飽和壓力得到控制。箱壁表面的水形成較大的面,在這個面上向箱內通過擴散的方式向箱內加入水汽壓使試驗箱中相對濕度升高,這一方法出現在上世紀五十年代。由于當時對濕度的控制主要是用水銀電接點式導電表進行簡單的開關量調節,對于大滯后的熱水箱水溫的控制適應性較差,因此控制的過渡過程較長,不能滿足交變濕熱對加濕量要求較多的需要,更重要地是在對箱壁噴淋的時候,不可避免地有水滴淋在試品上對試品形成不同程度的污染。同時對箱內排水也有一定的要求。這一方法很快就被蒸汽加濕和淺水盤加濕所取代。但是這一方法還是有一些優點。雖然它的控制過渡過程較長,但系統穩定后濕度波動較小,比較適合做恒定濕熱試驗。另外在加濕過程中水汽不過熱不會增加系統中的額外熱量。還有,當控制噴淋水溫使之低于試驗要求的要點溫度時,噴淋水具有除濕作用。
          隨著濕熱試驗由恒定濕熱向交變濕熱發展,要求有較快的加濕反應能力,噴淋加濕已不能滿足要求時,蒸汽加濕和淺水盤加濕方法開始大量被采用并得到發展。
          水汽的飽和壓力隨著水溫的升高而升高,當水溫高至沸點時,在一個標準大氣壓力時,水汽飽和壓將超過100Kpa,這時一個特別加濕蒸汽鍋爐會噴出蒸汽,向試驗箱內加濕。這一加濕過程會很快完成。因此在交變濕熱箱中被廣泛運用。在很多情況下蒸汽的溫度總是高于試驗工況要求的溫度,這時高濕的蒸汽和較低濕度的空氣混和后,一部份水汽會凝結成水并放出汽化熱,在箱內產生額外的熱量,有時為了平衡這一部分熱量往往要開啟壓縮機制冷。當制冷溫度控制不當時可能會使蒸發器上結霜影響制冷效果,同時由于制冷的作用會產生除濕效果,使箱內濕度下降,為維持試驗工況將增大加濕量,進一步增加箱內額外熱量。甚至會出現不斷地加濕,制冷又同時不斷地除濕的現象。
          采用蒸汽加濕具有加濕快,能適應交變濕熱試驗在升溫段對要求加濕量大的需要。因此該方法被大量地采用。其主要缺點是向箱內引入了過熱蒸汽,增加了箱內的熱量。在設計時要特別注意過熱蒸汽對系統帶來的影響。
          淺水盤加濕器具有蒸汽加濕和噴淋加濕兩種方法的優點,淺水盤是在試驗箱中設計了表面足夠大的水盤,水盤中放置了加熱器。水面的水汽壓可通過擴散和對流質交換向空氣中不斷地補充水汽,而通過這種形式的加濕水汽不過熱。但是由于水盤的面積不可做到很大,因此擴散和對流質交換并不十分劇烈。通過適當地加熱水盤的水使其高于箱內的試驗溫度,這時水盤表面層隨著溫度升高,水汽壓力升產高,與箱體中空氣中水汽分壓力之差增加,加劇了水汽擴散和對流質交換。在滿足試驗箱加濕要求的情況,水盤中的水溫并不要求過高,這時水汽的過熱量有明顯下降。這一點較直接蒸汽加濕方法顯得更優,這種方法的不足之處在于做低濕試驗時由于水盤有擴散和對流質交換的存在,要獲得低濕較難。采用制冷降低水溫可使濕度有所下降。由于目前的濕熱箱已和低溫箱做成了一體,為防止水盤中水對做低溫試驗時造成的不利,通常要將水排出箱外,對設備的使用增加了一定麻煩。另外當試驗箱長期不用時,水盤中容易滋生微生物影響設備的清潔。
          隨著試驗要求不斷的變化,試品在試驗過程中要帶電工作并發出大量熱量,這時通常要采用壓縮機對其制冷,在制冷過程中蒸發器與空氣要進行熱質交換,試品發熱量越大,熱質交換越劇烈,試驗箱中水汽會被蒸發器除去,若采用蒸汽加濕難以實現試驗要求的高濕工況,于是為滿足試驗要求,出現了另一種過冷蒸汽加濕法。
          過冷蒸汽的產生通常有超聲波法,高壓噴霧法,離心噴霧等。它們將水轉換成微米級的水霧,這種霧處于亞穩態狀態。若它獲得熱量將轉換為汽,若得不到熱量則會變成水滴,在試品發熱的情況下,霧吸收試品發出的熱量汽化,將這些熱量轉換成水的潛熱,使箱內水汽壓升高達到試驗要求的濕度。水汽的潛熱在制冷蒸發器上放出,通過這一等焓的熱質交換完成加濕,這一方法在實踐中證明十分有效,并在一些試驗箱中得到運用。
          除濕的方法目前運用得zui為廣泛有兩種,一是冷凍除濕法,另一種是固體吸濕劑除濕法。前者是將空氣中的水汽冷凝在表冷器上形成水或霜。由于濕熱箱的試驗過程通常較長,表冷器結霜會影響除濕效果,一般應盡量避免這種現象發生,為使表冷器不至于結霜,應當將表冷器的溫度控制在0℃以上。這時箱內濕度用露點描述時,其露點溫度約為5~7℃。這一露點溫度已能滿足現行的試驗方法的要求,同時使用十分方便,因此運用zui廣。當要求更低的露點時,通常采用固體吸濕劑進一步吸濕劑。這類吸濕劑的表面水汽壓力在幾百至幾十個PPm數量級上,可獲得-70℃左右的露點溫度。這種方法使用很不方便或購買專門的設備十分昂貴。只有在一些有特殊要求的試驗時才被采用。如對內燃機在低溫或做運行試驗的低溫箱時,要求對箱內補充大量空氣供燃油燃燒時使用。為防止新空氣中的水汽在低溫箱的蒸發器大量結霜影響制冷,需要用固體吸濕原理制成并能連續運行的轉輪除濕機。目前這種除濕機的商品價格十分昂貴。
          我公司正在開展研究試驗完全不同于上述兩種除濕原理,使用十分方便并能連續運行的新形除濕方法??蓪⒙饵c溫度延伸至-15℃左右,以滿足某些試驗的特殊要求。
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