高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱加濕和除濕方法的研究

   本文對(duì)高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱加濕和除濕的方法進(jìn)行了深入的研究和全面論述，有助于在新型高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱開(kāi)發(fā)中加濕和除濕方法的工程應(yīng)用。

　　高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱為了實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)條件，不可避免地要對(duì)試驗(yàn)箱進(jìn)行加濕和除濕的操作，本文打算就目前大量在濕熱試驗(yàn)箱中運(yùn)用較多的各種方法進(jìn)行分析，指出它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)和建議使用的條件。

　　濕度表示的方法很多，就試驗(yàn)設(shè)備而言，通常用相對(duì)濕度這一概念描述濕度。相對(duì)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?jǐn)?shù)表示。由水汽飽和壓力性質(zhì)可知，水汽的飽和壓力只是溫度的函數(shù)，與水汽可處的空氣壓力無(wú)關(guān)，人們通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)和整理尋求到了表示水汽飽和壓力與溫度之間的關(guān)系，其中已被工程和計(jì)量大量采用的應(yīng)當(dāng)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(guò)程實(shí)際上就是提高水汽分壓力，初的加濕方式就是向試驗(yàn)箱壁噴淋水，通過(guò)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(gè)面上向箱內(nèi)通過(guò)擴(kuò)散的方式向箱內(nèi)加入水汽壓使試驗(yàn)箱中相對(duì)濕度升高，這一方法出現(xiàn)在上世紀(jì)五十年代。由于當(dāng)時(shí)對(duì)濕度的控制主要是用水銀電接點(diǎn)式導(dǎo)電表進(jìn)行簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)量調(diào)節(jié)，對(duì)于大滯后的熱水箱水溫的控制適應(yīng)性較差，因此控制的過(guò)渡過(guò)程較長(zhǎng)，不能滿足交變濕熱對(duì)加濕量要求較多的需要，更重要地是在對(duì)箱壁噴淋的時(shí)候，不可避免地有水滴淋在試品上對(duì)試品形成不同程度的污染。同時(shí)對(duì)箱內(nèi)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(yōu)點(diǎn)。雖然它的控制過(guò)渡過(guò)程較長(zhǎng)，但系統(tǒng)穩(wěn)定后濕度波動(dòng)較小，比較適合做恒定濕熱試驗(yàn)。另外在加濕過(guò)程中水汽不過(guò)熱不會(huì)增加系統(tǒng)中的額外熱量。還有，當(dāng)控制噴淋水溫使之低于試驗(yàn)要求的要點(diǎn)溫度時(shí)，噴淋水具有除濕作用。

　　隨著高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱由恒定濕熱向交變濕熱發(fā)展，要求有較快的加濕反應(yīng)能力，噴淋加濕已不能滿足要求時(shí)，蒸汽加濕和淺水盤加濕方法開(kāi)始大量被采用并得到發(fā)展。

　　水汽的飽和壓力隨著水溫的升高而升高，當(dāng)水溫高至沸點(diǎn)時(shí)，在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力時(shí)，水汽飽和壓將超過(guò)100Kpa，這時(shí)一個(gè)特別加濕蒸汽鍋爐會(huì)噴出蒸汽，向高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱內(nèi)加濕。這一加濕過(guò)程會(huì)很快完成。因此在交變濕熱箱中被廣泛運(yùn)用。在很多情況下蒸汽的溫度總是高于試驗(yàn)工況要求的溫度，這時(shí)高濕的蒸汽和較低濕度的空氣混和后，一部份水汽會(huì)凝結(jié)成水并放出汽化熱，在箱內(nèi)產(chǎn)生額外的熱量，有時(shí)為了平衡這一部分熱量往往要開(kāi)啟壓縮機(jī)制冷。當(dāng)制冷溫度控制不當(dāng)時(shí)可能會(huì)使蒸發(fā)器上結(jié)霜影響制冷效果，同時(shí)由于制冷的作用會(huì)產(chǎn)生除濕效果，使箱內(nèi)濕度下降，為維持試驗(yàn)工況將增大加濕量，進(jìn)一步增加箱內(nèi)額外熱量。甚至?xí)霈F(xiàn)不斷地加濕，制冷又同時(shí)不斷地除濕的現(xiàn)象。

　　采用蒸汽加濕具有加濕快，能適應(yīng)高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱在升溫段對(duì)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(diǎn)是向箱內(nèi)引入了過(guò)熱蒸汽，增加了箱內(nèi)的熱量。在設(shè)計(jì)時(shí)要特別注意過(guò)熱蒸汽對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)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(yōu)點(diǎn)，淺水盤是在試驗(yàn)箱中設(shè)計(jì)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(guò)擴(kuò)散和對(duì)流質(zhì)交換向空氣中不斷地補(bǔ)充水汽，而通過(guò)這種形式的加濕水汽不過(guò)熱。但是由于水盤的面積不可做到很大，因此擴(kuò)散和對(duì)流質(zhì)交換并不十分劇烈。通過(guò)適當(dāng)?shù)丶訜崴P的水使其高于箱內(nèi)的試驗(yàn)溫度，這時(shí)水盤表面層隨著溫度升高，水汽壓力升產(chǎn)高，與箱體中空氣中水汽分壓力之差增加，加劇了水汽擴(kuò)散和對(duì)流質(zhì)交換。在滿足試驗(yàn)箱加濕要求的情況，水盤中的水溫并不要求過(guò)高，這時(shí)水汽的過(guò)熱量有明顯下降。這一點(diǎn)較直接蒸汽加濕方法顯得更優(yōu)，這種方法的不足之處在于做低濕試驗(yàn)時(shí)由于水盤有擴(kuò)散和對(duì)流質(zhì)交換的存在，要獲得低濕較難。采用制冷降低水溫可使?jié)穸扔兴陆?。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(duì)做低溫試驗(yàn)時(shí)造成的不利，通常要將水排出箱外，對(duì)設(shè)備的使用增加了一定麻煩。另外當(dāng)試驗(yàn)箱長(zhǎng)期不用時(shí)，水盤中容易滋生微生物影響設(shè)備的清潔。

　　隨著試驗(yàn)要求不斷的變化，試品在試驗(yàn)過(guò)程中要帶電工作并發(fā)出大量熱量，這時(shí)通常要采用壓縮機(jī)對(duì)其制冷，在制冷過(guò)程中蒸發(fā)器與空氣要進(jìn)行熱質(zhì)交換，試品發(fā)熱量越大，熱質(zhì)交換越劇烈，試驗(yàn)箱中水汽會(huì)被蒸發(fā)器除去，若采用蒸汽加濕難以實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)要求的高濕工況，于是為滿足試驗(yàn)要求，出現(xiàn)了另一種過(guò)冷蒸汽加濕法。

　　過(guò)冷蒸汽的產(chǎn)生通常有超聲波法，高壓噴霧法，離心噴霧等。它們將水轉(zhuǎn)換成微米級(jí)的水霧，這種霧處于亞穩(wěn)態(tài)狀態(tài)。若它獲得熱量將轉(zhuǎn)換為汽，若得不到熱量則會(huì)變成水滴，在試品發(fā)熱的情況下，霧吸收試品發(fā)出的熱量汽化，將這些熱量轉(zhuǎn)換成水的潛熱，使箱內(nèi)水汽壓升高達(dá)到試驗(yàn)要求的濕度。水汽的潛熱在制冷蒸發(fā)器上放出，通過(guò)這一等焓的熱質(zhì)交換完成加濕，這一方法在實(shí)踐中證明十分有效，并在一些試驗(yàn)箱中得到運(yùn)用。

除濕的方法目前運(yùn)用得為廣泛有兩種，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(yàn)過(guò)程通常較長(zhǎng)，表冷器結(jié)霜會(huì)影響除濕效果，一般應(yīng)盡量避免這種現(xiàn)象發(fā)生，為使表冷器不至于結(jié)霜，應(yīng)當(dāng)將表冷器的溫度控制在0℃以上。這時(shí)箱內(nèi)濕度用露點(diǎn)描述時(shí)，其露點(diǎn)溫度約為5～7℃。這一露點(diǎn)溫度已能滿足現(xiàn)行的試驗(yàn)方法的要求，同時(shí)使用十分方便，因此運(yùn)用廣。當(dāng)要求更低的露點(diǎn)時(shí)，通常采用固體吸濕劑進(jìn)一步吸濕劑。這類吸濕劑的表面水汽壓力在幾百至幾十個(gè)PPm數(shù)量級(jí)上，可獲得-70℃左右的露點(diǎn)溫度。這種方法使用很不方便或購(gòu)買專門的設(shè)備十分昂貴。只有在一些有特殊要求的試驗(yàn)時(shí)才被采用。如對(duì)內(nèi)燃機(jī)在低溫或做運(yùn)行試驗(yàn)的低溫箱時(shí)，要求對(duì)箱內(nèi)補(bǔ)充大量空氣供燃油燃燒時(shí)使用。為防止新空氣中的水汽在低溫箱的蒸發(fā)器大量結(jié)霜影響制冷，需要用固體吸濕原理制成并能連續(xù)運(yùn)行的轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)。目前這種除濕機(jī)的商品價(jià)格十分昂貴。

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