環(huan)境試驗箱加湿和去湿的方法
信息來源於：互聯網 发布於：2024-07-27
湿熱(re)環境試(shi)驗箱為了實現試驗条件，不可避免地要對試(shi)驗箱進行加湿和除湿的操作，本文打算(suan)就目(mu)前大量在湿熱試驗箱中運用较多的各種方法進行分析，指(zhi)出(chu)它們各自的優缺點和建議使用的条件。
湿度表示的方(fang)法很多，就試驗設備而言，通常用相(xiang)對湿(shi)度这一概念描述湿度。相對湿度的定義是指空氣中水汽分壓力與该温度下水的飽和汽(qi)壓之比並用百(bai)分数表示。由(you)水汽(qi)飽和壓力性質可知，水汽的飽和壓力只是温度的函数(shu)，與水汽可處的空氣壓力无(wu)關(guan)，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(yu)温度之間的(de)關系，其(qi)中已被工程和計量大量采用的(de)應当是戈夫格列其公式。它被目前氣象部門(men)编製湿度查算表所采用。
加湿的(de)過(guo)程實际上就是提高水汽分壓力，最初(chu)的加湿方式就(jiu)是向試驗箱壁喷淋水，通過控製水温使水表面飽(bao)和(he)壓力得到控製。箱壁(bi)表面的水形成较大的(de)面，在这個面上向箱内通過擴(kuo)散的方式向箱内加入水汽壓使(shi)試驗箱中相對湿度升高，这一方(fang)法出現在上世紀五十年代。由於当時對湿度的控製主要(yao)是用水銀電接點式导電(dian)表進行簡單的開關量調節，對於大(da)滞后的熱水箱水温(wen)的控製適應性较差，因此控製的過渡(du)過程较长，不能满足交變湿熱對加(jia)湿量要求较多(duo)的需要，更重要地是在對箱壁喷淋的時候，不可避免地有水滴淋在(zai)試品上對試品形成不同程度(du)的污染。同時對箱内排水也有一定(ding)的要(yao)求。这一方法(fa)很快就被蒸汽加湿和浅(qian)水盘加湿所取代。但(dan)是这一方(fang)法還是有一些優點。虽(sui)然(ran)它的控製過渡過程较长，但系統稳定后湿度波動较小，比(bi)较適合做恒定湿熱試(shi)驗。另外在加湿過程中水汽不過熱不會(hui)增加系統中的额外(wai)熱量。還有，当控製喷(pen)淋水温使之低於試驗要求的要點温(wen)度時，喷淋(lin)水具(ju)有除湿作用。
随着湿熱(re)試驗由恒(heng)定湿熱向交變湿熱发展，要求有较快的加(jia)湿反應能力，喷淋加湿已不能满足要求時，蒸汽加湿和浅(qian)水盘加湿方(fang)法開始大量被采用並得到发展。
水汽的(de)飽和壓力随着水温的升高而升高，当水温高(gao)至沸點時(shi)，在(zai)一個標準大氣壓力時(shi)，水汽(qi)飽和壓將(jiang)超過100Kpa，这時一(yi)個特別加湿蒸汽锅炉會喷出(chu)蒸汽，向試驗(yan)箱内加湿。这一加湿過程會很快完(wan)成。因此在交變湿(shi)熱箱中被廣泛(fan)運用。在很多情况下蒸汽的(de)温度总(zong)是高於試驗工况要求的温度，这時高(gao)湿的蒸汽和较低湿度的空氣混(hun)和后，一部份水汽會(hui)凝結成水並放出汽(qi)化熱，在(zai)箱内產生额外的熱量，有時為了平(ping)衡这一部分熱量(liang)往往要開启壓縮機製冷。当製冷温度控製不当時可能會使蒸发器上(shang)結霜影響製(zhi)冷效果，同時由(you)於製(zhi)冷的作用會產生除湿效果，使(shi)箱内湿度下降，為維持(chi)試驗工况將增大加湿(shi)量，進一(yi)步增加箱内额外熱量。甚至會出(chu)現不断地加湿(shi)，製冷又同時不断地除湿的現象(xiang)。
采用蒸(zheng)汽加湿(shi)具有加湿快，能適應交變湿熱試(shi)驗在升温段(duan)對要求加湿量大的需要。因此该方法(fa)被大量地采用。其主要缺點是向箱(xiang)内引入了過熱(re)蒸汽，增(zeng)加了箱内的熱量。在設計時要特別注意過熱蒸汽(qi)對系統带來的(de)影響。
浅水盘加湿器具有蒸汽加湿和(he)喷淋加湿兩種(zhong)方法的優點，浅水盘是在試驗箱中(zhong)設計了表(biao)面足够大的水盘，水盘(pan)中放置了(le)加熱器。水面的水汽壓可(ke)通過擴散和對流質交换向空氣中不(bu)断地补充水汽，而通過这種形式的加湿水汽不過(guo)熱(re)。但是由於水盘的面积不可做到很大，因(yin)此擴散和對流質交换並不(bu)十分劇烈。通過適(shi)当地加熱水盘的水使其高(gao)於箱内的試驗温度，这(zhe)時水盘表面層随着温度升高(gao)，水汽壓力升產高(gao)，與箱體中空氣中水汽分(fen)壓力之差增加，加劇了水汽擴散(san)和對流(liu)質交换。在满足試(shi)驗箱加湿(shi)要求的情况，水盘中的水温並(bing)不要求過高，这時水汽的過熱量有明顯下降。这一點较直接蒸汽加湿方法顯得(de)更優，这種方法的不足之處在於做低湿試驗時由於水盘有擴散(san)和對流質交换的存(cun)在，要获(huo)得低湿较难。采用製冷降低(di)水温可使湿度有所下降(jiang)。由於目前的湿熱箱已和低温箱做成了一體，為防止水(shui)盘中水對做低温試驗時造成的不利(li)，通常要將水排(pai)出箱外(wai)，對設備(bei)的使(shi)用增加了一定麻烦。另外(wai)当試驗箱(xiang)长期不用時，水(shui)盘中容易滋生微生物影響設備的清洁。
随着試驗要求不断的變化，試品在試(shi)驗過程中(zhong)要带電工作並发出大量熱量，这(zhe)時通常要采用壓(ya)縮機對其製冷，在製冷過(guo)程中蒸发器(qi)與空氣要進行熱質交换，試(shi)品发熱量(liang)越大，熱質交(jiao)换越劇烈(lie)，試驗箱中水汽(qi)會被蒸(zheng)发器除去，若采用蒸(zheng)汽加湿难以實現試驗(yan)要求的高湿工况，於是為满足試(shi)驗要求(qiu)，出現了另一種過冷蒸汽(qi)加湿法。
過冷蒸汽的產(chan)生通常有超(chao)聲波法，高壓喷雾法，离心喷雾等。它們將水(shui)轉换(huan)成微米級的水雾，这種雾處於亚稳態状態(tai)。若它获得熱量(liang)將轉换為(wei)汽，若得不到(dao)熱量則會變成水滴(di)，在試品发熱(re)的(de)情况下，雾(wu)吸收試品发出的熱(re)量汽化，將这些熱量(liang)轉换成水的(de)潜熱，使箱内水汽壓升高達到試(shi)驗要求(qiu)的湿度。水汽的潜熱在製冷蒸发器(qi)上放(fang)出，通過这一等焓(han)的熱質交换完成(cheng)加湿，这一方法在實(shi)践中證明十分有(you)效，並在一些試驗(yan)箱中得到(dao)運用。
除湿的方法(fa)目前運用得最為廣(guang)泛有兩種，一是冷冻(dong)除湿法(fa)，另一種是固體吸湿剂除湿法。前者是將空氣中的水汽冷(leng)凝在表冷器上形成水或霜。由於湿熱箱的(de)試驗過程(cheng)通常较长，表冷器結霜會影響除湿效果，一般應(ying)盡量避免(mian)这種現象发生，為使表冷器不至於結霜，應当將(jiang)表冷器的温度控製在0℃以上。这時(shi)箱内湿度用露點描(miao)述時，其露點温度(du)約為5～7℃。这一露點温度已能满足現行的試驗方法的要(yao)求(qiu)，同時使用十分方便，因此運用(yong)最廣。当要求更低的露點時(shi)，通常采用固體吸湿剂進一步吸湿剂。这類吸湿剂的表面水汽壓(ya)力在几百至几十個PPm数量級(ji)上，可(ke)获得(de)-70℃左(zuo)右的露點温(wen)度。这種方法使用很不方便或購買專(zhuan)門的設備十分昂貴(gui)。只有在一些有(you)特殊要求的試驗時才被采用。如對内燃機在低温或做運行(xing)試(shi)驗的低温箱時，要(yao)求對箱内补充大量空氣供燃(ran)油燃烧時使用。為防止新空氣中的水汽在低温箱(xiang)的蒸发器大量結霜影響製冷(leng)，需要用固體(ti)吸湿原理製成並能(neng)连續運行的轉轮除湿機。目(mu)前这種除湿機的商(shang)品价格十分昂貴。