某风洞通风及除湿系统设计与研究

1、某风洞通风及除湿系统设计与研究摘 要：本文主要针对某风洞厂房内温/湿度较大，且环境密闭，造成测控系统部分设备元器件发热和锈蚀，严重影响设备寿命和系 统稳定性问题，设计研制了一套风洞厂房通风除湿系统。通过对厂房实际计算分析，并进行数值模拟，选择合适的方案，以 达到使厂房内温/湿度可调控目的。结果表明:使用该系统后，厂房内温、湿度均可控制在合理范围内,在很大程度上改善了 设备的工作环境。关键词：风洞;通风;除湿;数值模拟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引言某风洞是目前亚洲最大的跨声速风洞，是我国重要 的飞行器空气动力学地面模拟试验设备。风洞厂房在设 计时，为降低风洞运行噪声对周边的影响,采用了相对封 闭的隔音吸声方案，加之本地气候潮湿、多雨。造成分布 于厂房各处的精密仪器仪表和测量控制系统部分设备元 器件发热和锈蚀，严重影响设备寿命和系统的稳定性。

5、 针对上述存在的问题，为提升试验设备的可靠性，本文通 过对厂房通风除湿系统制冷、除湿及循环风量计算，设计 出一套室外制冷除湿机组及室内抽气供风管路系统，并 对室内温度场、速度场进行数值模拟分析,确保系统各项 功能指标满足使用要求。2总体设计方案风洞厂房通风及除湿系统主要有室外除湿系统和室 内管路系统构成，室外除湿系统为紧凑式户外固定单元， 设置两套且配置相同、互为备份。室外制冷除湿机组的 工作流程为:经过滤器过滤的厂房湿空气通过i、ii、iii、iv 级蒸发器除湿降温至露点温度以下，再经过风机增压、加 热器/换热器等湿加热后，通过风道将满足温湿度要求的 空气送出。室内管路系统由回风管路和送风管

6、路构成， 室内供风流场为:厂房潮湿空气经过入口过滤器过滤后， 经回风管路分别送至2套室外制冷除湿机组进行降温除 湿后再将满足温湿度要求的空气混合后经送风管路送至 厂房内。系统原理如图1所示。3.1设计点选取查询绵阳市近5年年度气象参数，可知绵阳夏季外界 环境平均温度为31.6C,相对湿度平均为70%左右,冬季 外界平均环境为2C,相对湿度不大于80%。由于厂房为 密闭空间，厂房按温度26C,相对湿度70%进行核算。因 此，确定设计点如下：夏季外界环境温湿度:干球温度31.6C,相对湿 度70%；厂房内温度26C，相对湿度70%。冬季外界环境温度2C；相对湿度不大于80%。最终目标：夏季厂内温湿

7、度:干球温度23C,相对湿度55%。冬季厂内温湿度:干球温度23C,相对湿度40%。图1系统原理图3.2循环风量计算根据厂房设计图纸，厂房有效空间为37000m3,厂房 设计1小时循环1次，由公式：V=(n/T) x V1(1)式中：V系统循环风量，n换气次数，T时间，V1厂房体积。计算可以得出，系统循环风量为37000m3/h。同时为了保证系统长时间运行过程中室内空气洁净 度的要求，在回风混合处混入一定比例的新风,按每人需 要新风90m3/h计算，厂房内工作人数为30人时,需要的 新风量为2700m3/h。整个厂房采用两台相同的室外制冷除湿系统组成， 因此,单台机组要求的风量为19850m3

8、/h，考虑一定的余 量,单台风量选取22000m3/h。3.3制冷量计算根据设计工况，通过程序计算可知:空气入口焰值h1 为67.278kj/kg，含湿量M1为14.792g/kgo根据要求， 目标供风温度为23C，相对湿度为55%，在湿空气焰湿图 上可查的最终供风状态的含湿量为9.634g/kg(d.a),露 点温度为13.496C。因为蒸发器的出口相对湿度一般可 达99%,因此,首先将空气温度降至13 C (露点温度以下), 相对湿度为99%,对应含湿量为9.237g/kg(d. a)，然后将 空气等湿加热至23C ,此时空气相对湿度为52%,满足 23C时相对湿度小于55%的设计要求。综

9、上所示，系统首先将通过制冷系统将出风温度降 至13C,然后通过电加热器/换热器将温度提升至满足要 求的供风温度，同时降低了空气的相对湿度，单套室外制 冷除湿机组的主要设计参数如表1所示。单套系统总的制冷量可通过下面的公式计算：P1 = (P2+P3)(2)式中:P1整个单个系统的制冷量(kW),P2空气热负荷，P3系统中的管路损耗。P2=Gx(h1-h2)(3)式中:P2空气热负荷(kW),G空气流量(kg/h),h1空气入口焰值(kj/kg),h2空气出口焰值(kj/kg)。经程序计算可知,管路损耗约为P3约为5kWo 综上所述,单套系统所需的制冷量约为231kWo3.4除湿量计算单套制冷系

10、统总的除湿量可通过下面的公式计算：M=VxPx(M1-M2)(4)表1单套室外除湿机组设计参数表序号入口温度(T)入口相对 湿度入口含湿量(g/kg(d.a)入口焓值(kj/kg)出口温度(T)出口相对 湿度()出口含湿量(g/kg(d.a) )出口焓值(kj/kg)1267014.79267.27813999.23736.454213999.23736.45423529.23746.725式中:M一单套制冷系统的除湿量(kg/h),V空气流量(kg/h),P出风空气的比重,(kg/m3)，M1空气入口含湿量(g/kg(d .a)，M2空气出口含湿量(g/kg(d .a)。通过计算可知，单套室

11、外制冷除湿系统总的除湿量 为 190.65kg/h。3.5加热量计算加热负荷的计算根据绵阳地区的冬季设计温度,风冷系统设计参数冬 季选择环境温度工况设计点为温度2C ,相对湿度80%。 当出口温度为10C时，相对湿度为45%,即可满足相对湿 度小于55%的要求。因此,加热温差按照8C计算,按照下 列公式：Q = C x m x At(5)式中:Q达到所需温度总的加热量，C 空气比热，m空气质量， t空气的温差。计算可知，风冷系统从冬季的最低环境温度加热至 设计点温度需要的加热负荷为59kW,由于风机的轴功率 为24kW(功率的80%),因此加热器的加热功率达到35kW 就能满足冬季极低环境温度

12、加热至设计点温度要求。调温负荷的计算根据选取的设计点,经换热器后的最低温度可达 13C,相对湿度为99%,为了精确调节出口的供风温度,从 而进一步调节出风口空气的相对湿度。在该系统的设计 中按照8C的调温计算，需要的加热负荷为59kW，由于风 机的轴功率为24kW(功率的80%),所以需要的调温电加 热功率为35kW,电加热器通过晶闸管实现无极调节。综上所述，单套室外除湿系统的制冷量为231kW/套， 除湿量为190.65kg/h/套,加热量为50kW ；厂房除湿设 备总的制冷量为462kW,总的除湿量为381.3kg/h,总的 加热量为70kW。4模拟分析4.1阻力计算(1)送风沿程阻力计算

13、：风速12m/s,管道的长度200m，计算得出送风管路 沿程阻力Rs=514.9Pa。水冷冷凝器位于风机出口处，水冷换热器阻力取200Pa。电加热器位于风机出口处，电加热器阻力取200Pa。 弯头、阀门等局部阻力取100Pa。送风系统总阻力：514.9+200+200+100=1014.9Pa。(2)回风沿程阻力计算：风速6m/s,管道的长度200m,计算得出回风管路沿 程阻力 Rh=128.7Pa。蒸发器位于风机回风段,1-4级蒸发器的排数分别是 6,6,6,4,1-3级蒸发器阻力各取200Pa，第四级蒸发器阻 力取120Pa,共计720Pa。弯头、阀门等局部阻力100Pa。回风系统总阻力：128.7+720+100=948.7Pa。4.2流场模拟根据系统计算，选