纺织厂空调喷水室人字型和W型挡水板性能的研究

马婧洁 颜苏芊 秦莉

摘 要：探究喷水室中挡水板的性能优劣，主要从阻力和过水量两方面进行评定，对山东某纺织厂的人字型、W型挡水板的性能进行了实际测试，获得了不同风速下挡水板阻力、阻力系数以及过水量。测试数据表明：人字型挡水板平均阻力为66.78 Pa，阻力系数为15.81，过水量为0.49 g/kg干空气；W型人字型挡水板平均阻力为76.02 Pa，阻力系数为22.90，过水量为1.79 g/kg干空气。无论在何种风速下，人字型挡水板的阻力、阻力系数以及过水量均小于W型挡水板，可认为人字型挡水板性能是优于W型挡水板的。

关键词：挡水板；阻力；过水量；风速

中图分类号：TS108.6

文献标志码：A

文章编号：1009-265X（2018）04-0031-05

Abstract：The performance of the water retaining plate in the spray chamber is discussed mainly from resistance and board over water. In this paper， the test of the herringbone and W-type water retaining plates was carried out in a textile mill in Shandong. The resistance， resistance coefficient and board over water of the two types of water retaining plates under different wind speeds were obtained in the test. The test data show that： the average resistance of herringbone water retaining plate is 66.78 Pa； the resistance coefficient is 15.81； and the board over water is 0.49 g/kg dry air. The average resistance of W-type water retaining plate is 76.02 Pa； the resistance coefficient is 22.90； and the board over water is 1.79 g/kg dry air. Regardless of wind speed， the resistance， resistance coefficient and board over water of the herringbone water retaining plate are less than those of the W-type water retaining plate. It is considered that the performance of herringbone water retaining plate is better than W-type water retaining board.

Key words：water retaining plate； resistance； board over water； wind speed

目前，紡织空调系统多采用喷淋的形式，在喷水室内实现对空气的热湿处理[1]。挡水板是喷水室的主要构件之一，空气经水喷淋后，挡水板依靠惯性作用将喷淋后空气中悬浮的水滴分离出去，以减少空气的过水量。挡水板的阻力会占到整个喷淋系统总阻力的30%左右，占有相当大的比例[2]。通常，用来评定挡水板的挡水性能主要从阻力和过水量这两方面入手：挡水板阻力越小，则其风机耗能越少，空调系统越节能；挡水板过水量小，则空气送风状态越容易控制，同时过水量也影响车间生产质量和风道锈蚀程度[3]。

现有的挡水板形式有：波形、W型、V型、人字型挡水板等[4]，在使用过程中发现：波形挡水板的挡水效果较好，但板面易黏附纤维和水垢，堵塞通道；W型挡水板折数较多使得阻力偏大，过水量也较大；V型挡水板的过水量偏大，不能很好满足车间的温、湿度要求的同时，还会使风道带水；人字型挡水板的挡水效果好，能改善过水带水严重的问题。

针对挡水板在实际使用中产生的一些问题，选择合适形式的挡水板，能够减缓挡水板的结垢现象、最大程度减小挡水板阻力，控制过水量在合理范围内可以满足车间生产要求，以达到降低喷淋能耗的最终目的。

1 挡水板性能的测试

本次测试地点为山东某纺织厂10#、11#空调室，其中10#空调室使用的是人字型挡水板，如图1所示；11#空调室使用的是W型挡水板，如图2所示。

1.1 影响因素

影响挡水板性能的主要因素有：挡水板的形式、板间间距、曲折角度、折数以及气流速度等[5]。本文就气流速度这一因素，对人字型挡水板和W型挡水板的阻力、阻力系数和过水量进行探究。

经水喷淋后的空气通过挡水板之间的流道时，空气与挡水板板面发生摩擦、碰撞，空气的流速及流动方向发生变化，使得挡水板前后的压力有所不同，其前后压力差即为挡水板的阻力P。针对这部分阻力，可将它简化为两类，即水气流通过挡水段时产生的沿程阻力Pf=λldeρv22和水气流通过挡水板壁面时的局部阻力Pm=ζρv22（式中：λ为沿程阻力系数；l为空气流经挡水板直线距离，m；de为挡水板当量直径，m；ρ为空气密度，kg/m3；v为空气流速，m/s；ζ为局部阻力系数）。

现将整个挡水板进行简化：把相邻板间的流道看作矩形通道，整个挡水板即由若干个矩形通道组成，在分析阻力时可选其中一个小矩形进行分析。因此，沿程阻力Pf=λldeρv22可简化为Pf=λl（a+b）2abρv22，其中de=2aba+b。挡水板总阻力即为摩擦阻力和局部阻力之和，可表示为：P=λl（a+b）2abρv22+ζρv22。

如图3所示，人字型挡水板的阻力主要由以下几部分组成：a）1处为气流入口处，存在由渐缩所导致的局部阻力；b）2、4、6处气流方向有所改变，存在局部阻力；c）3、5处则为沿程阻力；d）7处为气流出口处，存在由渐扩所导致的局部阻力。同理，图4所示的W型挡水板阻力由7个局部阻力以及4个沿程阻力组成。

另外，在挡水板的实际运行中发现，其沿程阻力所占总阻力比例很小，可忽略不计，所以挡水板的总阻力可简化为空气流过挡水板时与壁面发生碰撞所产生的局部阻力，即

P=ζρv22

现选一个小矩形进行分析，查阅相关文献[6]可得到人字型及W型挡水板的单个小矩形的局部阻力系数为0.13和0.28。另外，整个人字型挡水板共有106片板片，W型有64片板片，因此，两者的总的局部阻力系数分别为13.78和17.92。

本文就人字型、W型挡水板进行研究，着重通过改变风机频率来获得所需的各个数据。

1.2 性能测试及计算方法

将挡水板分为9个测试区域，每个测试区域选择一个测点，测试数据取9个测点的平均值。首先，关闭水泵、喷淋系统、补水管及泄水管，测出水池的底面积S；初始水面高度h1及气流入口的全压P1；同理可测得挡水板后方气流出口的全压P2、风速v以及挡水板的宽a和高度b。其次，打开水泵和风机，记录启动时间，测出气流入口的空气温度t1及湿度φ1；同理可测得挡水板后方气流出口的温度t2、湿度φ2及风速v′；最后，一段时间后，当水池液位发生明显变化时，将水泵和风机关闭，测量此时水池的最终水面高度h2即可完成一次的测试[7]。表1为参数计算方法。

2 挡水板能耗测试及分析

2.1 计算示例

本文通过改变10#空调室以及11#空调室风机工作频率，使其处于20、25、30、35、40 Hz下，现以10#空调室（风机工作频率为20 Hz）为例，水池面积S=16.58 m2，水池初深h1=0.730 m，水池终深h2=0.717 m，断面宽a=3.46 m，总高度b=3.21 m，测试时长为15120 s，表2、表3为风机频率在20 Hz下的测试数据及计算结果。

2.2 测试及数据分析

本文对风机不同频率下，挡水板主要参数进行测试计算，结果见表4、表5，表4为人字型挡水板计算结果；表5为W型挡水板计算结果。

根据表4、表5，用origin软件绘制成图5，可以清楚的看出两种形式挡水板理论阻力与实测阻力之间的对比：

由图5可知，风机在25～40 Hz时，W型挡水板实测阻力均高于人字型挡水板，人字型挡水板实测阻力最小值为34.22 Pa，最大值为108.78 Pa，平均阻力为66.78 Pa；W型挡水板实测阻力最小值为41.89 Pa，最大值为121.44 Pa，平均阻力为76.02 Pa。随着风机频率的上升，由于空气流速增加，人字型及W型挡水板的实测阻力均有所升高且W型挡水板较人字型增加更明显。另外，无论哪种形式的挡水板其理论阻力与实测阻力均存在偏差，主要是因为受到喷水室环境的影响，喷水室内空气与水的热湿交换发生变化导致气流不稳定以及实际运行时棉絮堵塞导致阻力增大。

人字型挡水板存在着5个局部阻力而W型挡水板存在7个局部阻力，两种形式的挡水板本身在理论局部阻力系数上存在着差异。通过实际测试发现，人字型挡水板的平均阻力系数为15.81，W型挡水板平均阻力系数为22.90，理论阻力系数要低于实测阻力系数。

根据表4、表5，用origin软件绘制成图6，可以清楚的看出两种形式挡水板过水量的对比：

人字型挡水板过水量最小值为0.26 g/kg干空气，最大值为0.71 g/kg干空气，平均过水量为0.49 g/kg干空气；W型挡水板过水量最小值为1.33 g/kg干空气，最大值为2.19 g/kg干空气，平均过水量为1.79 g/kg干空气。如图6所示，随着风机频率的上升，人字型挡水板及W型挡水板的过水量有所上升，可见，在低频时，挡水板的过水量较小，气水分离效果较好；高频时，挡水板的过水量较大，气水分离效果一般。

根据表4、表5，用origin软件绘制成图7及图8，可以看出各种形式挡水板风速、阻力和过水量之间的关系：

如图7、图8所示，挡水板的阻力、过水量均随风速的增大而增大，即与风机频率的大小成正比。从上述两图还可以看出，人字型挡水板的阻力、过水量的值均要小于W型，主要是因为当夹带水滴的空气在相邻两挡水板的通道内曲折前进时，人字型挡水板流道较短且局部阻力较少，因此其阻力要小于W型挡水板；人字型挡水板的突缘可以增加挡水效果，使得水滴有效流入水池，从而使得过水量减少。另外，人字型挡水板的流道较短，在使用一段时间后可利用高压水枪进行清洗，改善其结垢的严重问题，也可减少拆卸、安裝的过程。

3 结 论

本文对山东某纺织厂空调室的两种形式的挡水板进行测试研究，将阻力和过水量作为评定挡水板性能的两个主要方面。根据实际测得的人字型、W型挡水板的数据及图表进行分析，发现：不同风速下，人字型挡水板平均阻力为66.78 Pa，W型挡水板平均阻力为76.02 Pa；人字型挡水板阻力系数为15.81，W型人字型挡水板阻力系数为22.90；人字型挡水板平均过水量为0.49 g/kg干空气，W型挡水板平均过水量为1.79 g/kg干空气。人字型挡水板阻力、过水量相较于W型有一定程度的减小，具有相当优势。因此可以认为人字型挡水板的性能要优于W型挡水板。

参考文献：

[1] 黄翔，王天富.空调工程[M].北京：机械工业出版社，2011：124-125.

[2] 郁履方，戴元熙.纺织厂空气调节[M].2版.北京：中国纺织出版社，2004.

[3] 陈晓英.挡水板过水量对确定空调方案的影响[J].天津职业院校联合学报，2007，9（2）：3-5.

[4] 孙春芳.纺织空调节能降耗探讨[J].上海纺织科技，2011，39（4）60-61.

[5] 周义德.纺织空调除尘节能技术[M].北京：中国纺织出版社，2009.

[6] 付祥钊，肖益民.流体输配管网[M].北京：中国建筑工业出版社，2010：326-328.

[7] 赵婷，颜苏芊.纺织厂空调喷水室挡水板性能研究[J].棉纺织技术，2014，42（6）：26-30.