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本文作者

福彩华东15选5走势图彩票: 結露的產生與防止

华东15选5结果 www.zkfylt.com.cn THE FORMATION OF DEW AND PREVENT

顧文芳

GuWenfang

 

作者單位:上海愛斯佩克環境設備有限公司

作者職務:產品開發部 科長 制冷工程師

發表刊物:《上海儀器儀表》2005年 第1期 P.9 上海儀器儀表行業協會主辦)

 

   本文就在溫濕度試驗中產生的結露現象進行分析,對結露產生的原因進行論述,敘述了防止結露的對策。

關鍵詞  結露 防止結露

 ABSTRACT  This paper introduces the formation of dew in the temperature-humidity test, describes the cause of the formation of dew and the ways to avoid dew.

KEY WORDS Dew The ways to avoid dew

 

 

1.前言

結露是我們日常生活中很普遍的現象,比如說,在夏天炎熱的環境下,將一瓶冰凍過的飲料放到常溫下,不一會兒,就可以看到在飲料瓶上出現冒汗的現象,這是空氣中的水蒸汽在瓶壁上凝結的結果,也就是我們說的結露現象。在大自然中也會出現這種結露的現象,例如在清晨出現的露水,在冬季出現的大霧、下雪的天氣。

我們使用溫濕度試驗箱對電子產品進行溫濕度試驗,就是模擬試驗溫濕度環境的改變對電子產品特性的影響。在進行溫濕度試驗時,由于溫濕度環境的改變就有可能會在溫濕度試驗箱內部出現結露現象。然而許多電子類產品在進行溫濕度試驗時,在產品的表面產生結露或者在溫濕度試驗箱內部結露產生的水滴會對試驗中的產品產生損壞,因此不允許出現結露的現象。為了避免結露對試驗樣品造成損壞,我們必須充分了解結露現象,了解結露產生的原因,采取正確的方法避免結露現象的存在。

 

 

2. 結露的產生

一般來說,我們所指的空氣都是濕空氣。濕空氣是指含有水蒸汽的空氣,而干空氣則是指完全不含有水蒸汽的空氣。濕空氣是干空氣和水蒸汽的混合物。濕空氣的狀態可以通過濕空氣線圖來查找。

1. 濕空氣線圖

可以通過濕空氣線圖獲得下表所表示的狀態值:

符號

   

單位

       

t

干球溫度

干球溫度計指示的溫度

t’

濕球溫度

濕球溫度計指示的溫度

t”

露點溫度

將與濕空氣的水蒸汽分壓相等的水蒸汽分壓的飽和空氣溫度成為露點溫度

H

水蒸汽分壓

mmHg

將濕空氣的水蒸汽分壓稱作水蒸汽分壓

φ

相對濕度

將濕空氣的水蒸汽分壓h與相同溫度的飽和空氣的水蒸汽分壓hs之比稱作相對濕度。

φ=0%為干燥空氣                    

φ=100%為飽和空氣

ψ

飽和度

將濕空氣的絕對濕度X與相同溫度的飽和空氣的絕對濕度Xs之比稱作飽和度。

ψ=0%為干燥空氣

ψ=100%為飽和空氣

i

Kcal/Kg

1Kg干空氣的焓與包含在其中的XKg水蒸汽的焓之和。

焓的基準為0的水。

υ

比體積

m3/kg

相當于1Kg干空氣的濕空氣體積。

μ

熱水分比

 

相對于焓變化的絕對濕度的變化。

濕空氣是干空氣和水蒸汽的混合物。干空氣可視為理想氣體,而存在于大氣中的水蒸汽,由于其分壓力通常是很小的,一般只有3040mbar,大都處于過熱狀態,所以它的比容很大,分子間的距離足夠的遠,可以作為理想氣體處理,其狀態參數之間的關系可描述為:

pV=mRT或者pv=RT

適用于理想氣體的一些定律及其混合氣體計算公式也都是用于濕空氣。設以pv表示水蒸汽的分壓力,pa表示干空氣的分壓力,濕空氣的總壓力為p,按照道爾頓分壓定律有

p=pv+pa

空氣中的水蒸汽由于其含量的不同(即分壓力有高低)以及溫度不同,可以處在過熱狀態或飽和狀態。由干空氣和過熱蒸汽組成的濕空氣稱未飽和空氣。設濕空氣的溫度為t,當其所含水蒸汽的分壓力pv低于對應與溫度t的飽和壓力ps時,則濕空氣中的水蒸汽處在過熱狀態,如圖中A點所示。此時濕空氣的密度)也小于對應與溫度t的干飽和蒸汽的密度()即

2. 濕空氣中水蒸汽狀態的p-v圖和T-s

如果溫度t不變,濕空氣中的水蒸汽含量增加,即水蒸汽的分壓力增加,則其狀態將沿等溫線向左上(p-v圖)或向左(T-s圖),直到和上界限線相交于c點,達到飽和狀態。如果再增加水分,即將以水滴狀態凝結而從濕空氣中分離出來。這時水蒸汽的分壓力是對應于溫度t的條件下的極限值,相當于溫度t時水蒸汽的飽和壓力ps,其值可按t在飽和水蒸汽表上查得。這種由干空氣和飽和水蒸汽組成的濕空氣稱為飽和空氣,其pv=p”。即使在飽和空氣中再增加少許水蒸汽,則超過飽和量的過量水蒸汽就會變成水,這種狀態的空氣稱為過飽和空氣

假若未飽和空氣中水蒸汽的含量不變,即pv不變,而濕空氣溫度逐漸降低,則其狀態將沿等壓線冷卻向左(p-v圖),或向左下(T-s圖),和上界限線相交于B時,也達到了飽和狀態。如再冷卻,也將有水滴析出。B點的溫度即對應于pv下的飽和溫度,稱為露點溫度,用tDP表示。TDP=f(pv),可按pv在飽和空氣表上查出。所以露點是在一定的水蒸汽分壓力pv下,使濕空氣變為飽和空氣的那點溫度。

舉例來說,假設有1m3的空氣,其溫度為0時一旦其中有約4.85g的水蒸汽含量就可達到飽和。但是,在20的狀態下,該空氣最多能包含約17.28g的水蒸汽含量,差不多是0時的三倍。就溫度條件而言,在宜人的25附近,對于1m3空氣減少1g水蒸汽含量,相對濕度就要降低約4%RH,但是到了冬季5左右時,則相對濕度要降低約15%RH。而到了0左右時,竟要降低約20%RH。

所以,空氣的溫度高,能夠包含的水蒸汽就多。反之,空氣溫度低,盡管只有少量水蒸汽,空氣也能夠達到飽和。也就是說,濕空氣的飽和水蒸汽含量與空氣的溫度成正比。同樣道理,即使濕空氣本身沒有達到過飽和,而與濕空氣接觸的物體、空隙部位、表面及內部冷卻到低于濕空氣的飽和溫度時,則在其界面附近空氣中所含的水蒸汽也會凝結成水而變成水滴。也就是出現了結露現象。即使接觸到的比濕空氣飽和溫度低一點點的物體,結露也會發生。

 

3. 結露的對策

我們使用溫濕度試驗箱對試驗樣品進行溫濕度試驗。溫濕度試驗箱主要由制冷系統,加熱系統,控制系統,濕度系統,空氣循環系統,和傳感器系統等組成,系統方框圖見下圖

3. 溫濕度試驗箱的系統方框圖

溫濕度環境試驗箱使用時,如果有比箱內濕空氣的露點溫度低的部品,則部品必然結露,如果露點溫度低于0,則變為結霜。

根據在不同條件下發生的結露,可以大致分為下列三種情況:

(1)         高溫度高濕度運行時,高溫度是指運行溫度超過30,運行濕度超過60%RH。

(2)         濕度由低到高,溫度也由低到高。

(3)         溫度由低到高的急劇變化。

根據上述情況產生結露的具體原因,采取相應的對策:

1)       高溫高濕運行時,在隔熱性能差的部位諸如觀察窗、電纜孔等地方容易結露。如果周圍環境溫度低于試驗箱內部的溫度,由于這些部位的隔熱性能差,在試驗箱內側對應的部位那里的溫度要低于試驗箱內濕空氣的露點溫度,所以容易發生結露。對于這種情況就需要提高斷熱程度,在電纜孔等隔熱性能差的地方增加斷熱材料。由于觀察窗的斷熱方式很難采取,所以為了防止觀察窗結露,要將觀察窗靠試驗箱內側表面的溫度提高到試驗箱內濕空氣的露點溫度以上,所以用在觀察窗靠試驗箱內側表面貼加熱膜的方式來避免結露。

2)       高溫高濕運行時,空氣循環裝置的循環風難以吹到的地方諸如試驗樣品的背風面、試驗樣品的周邊部位容易結露。試驗箱內部的空氣是通過空氣循環裝置進行熱交換的。但是,空氣循環裝置本身也接觸空氣進行熱交換,以維持其溫度。因此空氣流動慢的地方溫度較低容易結露。調整空氣循環裝置,使得試驗箱內循環風的流動更全面均勻。同時調整試驗樣品的安置方式,要保證不影響到循環風的流動

3)       濕度由低到高,溫度也由低到高運行時,熱容量大的部位如試驗箱內部的壁面、試樣等容易結露。熱容量是指將重量為m的物質上升1所需要的能量??掌娜熱萘勘冉閑?。如果同時溫度上升濕度增加,那么試驗箱內的濕空氣容易成為過飽和濕空氣,容易結露。同時由于試驗箱內部的各個部位熱容量大,各個部位的溫度跟隨空氣溫度的隨便性差,因此其溫度的上升比空氣慢得多,容易造成結露。對于這種情況,可以首先使試驗箱內溫度上升,讓試驗箱內各個部位的溫度充分穩定以后再上升濕度,可以避免結露。

4)       溫度由低到高的急劇變化,熱容量大的部位如試驗箱內部的壁面、試樣等容易結露。熱容量小的空氣,溫度上升比較容易。而熱容量大的如試驗箱內部的各個部位,溫度上升不太容易,因此造成空氣和試驗箱內部各個部位出現溫度差,容易產生結露。對于這種情況,降低試驗箱內部空氣的露點溫度,或者將試驗箱內部的空氣換成低露點溫度的空氣。

 

4.  急劇的溫度變化時,結露的對策。

在進行溫濕度試驗時,根據試驗要求有溫度急劇變化的情況。在這樣的過程中熱容量大的部位容易結露。假設某溫濕度試驗箱進行溫度試驗,需要在25分鐘時間內使試驗箱內的溫度從71變化到-54。

試驗條件如下:

試驗箱的內尺寸:   W1000×H1000×D1000

試驗箱的內容積:   1m3

溫度范圍        71℃~-54

溫度上升時間     25分鐘

溫度下降時間     25分鐘

外部空氣條件         25、60%RH 

絕對水分量0.012kg/kg比容積0.68m3/kg

(1)         采用低露點空氣的必要性

當試驗箱內的溫度進行71℃~-54的變化,試驗箱內的空氣會重復發生膨脹與收縮的現象。其變化量與絕對溫度成正比。

 

狀態1

狀態2

壓力

P11.03Kg/cm2abs

P2

容積

V11m3

V21m3

溫度

T171344

T2=-54219

已知1.03Kg/cm3abs1大氣壓

V1V21m3

根據式PVRT得:

;=0.66Kg/cm2abs=502mmhg

使溫度從71下降到-54,如果沒有外界空氣的滲入,箱內的氣壓就將減小到502mmHg。為了使試驗箱內經常保持1大氣壓(1.03Kg/cm3abs),就要有外界空氣的滲入,使試驗箱內的氣壓從502mmHg增加到760mmHg。

因此,滲入了0.36m3  2560%的濕空氣,所以箱內的水分也增加了。

ΔX=(0.36/0.86×0.0125.0×103Kg5cc

由于溫度的下降,使箱內的水分增加了5cc。這使試驗箱中處于0溫度以下的蒸發器結霜。在-54的運行中,空氣中的大部分水分都在蒸發器上結了霜,箱內空氣的絕對濕度很小,也就是說箱內是干燥的。接著,試驗箱如果作從-54上升到71的運行,已結成霜的水分就要溶解而變成水蒸氣。因此試驗箱內空氣中的絕對濕度就會上升。溫度急劇上升時,試樣與試驗箱的內部結構材料由于熱容量不能跟隨空氣溫度的上升而一起變化。因此,由于試驗箱內空氣溫度及與試驗箱的內部結構溫差的加大,故容易產生結露。

因此在防止試樣結露時,為了防止外界空氣的滲入,必須向箱內置換低露點空氣。

(2)         低露點空氣的置換

降低內膽空氣露點溫度的方法有以下幾種:

l     將內膽空氣置換成低露點空氣

l     將內膽空氣置換成低露點的干燥氮氣

(A)低露點空氣

可以通過超干燥空氣裝置制造低露點空氣。濕的壓縮空氣供給入高分子膜中空棉中,水蒸氣有選擇性地浸透、透過中空棉的外側,就得到了除去水分后的干燥空氣。干燥空氣的一部分清除到中空棉外側,透過的水蒸氣排放到大氣中,實現連續的透過除濕。使用壓縮空氣在高壓狀態下除濕,或返回到大氣壓,就能夠制造出露點非常低的空氣(-40、-72)。必須注意的事項是,根據「超干燥空氣裝置」的特點,壓縮空氣的用量必須是要使用的低露點空氣的2倍。例如,要制造100NL/min的低露點空氣,必須提供200NL/min的壓縮空氣。

制造低露點空氣必須使用下圖所示的回路:

圖4 制造低露點空氣系統圖

關于低露點空氣的供應量,必須根據以下2點進行確定:

1.為使箱內達到低露點的時間

2.溫度下降過程中要防止外界空氣滲入

通常,如果是內容積為1m3的試驗箱,宜提供100NL/min的低露點空氣。

(B)低露點干燥氮氣的置換

根據以上所述,對于內容積為1m3的試驗箱而言,氮氣的供應流量最好為100NL/min。 但是,請注意要根據氮氣的純度設置露點溫度。

 

5.    結論

溫濕度試驗箱對試樣施加的是溫度應力和濕度應力,因此結露、結霜是不可避免的。充分了解結露結霜的原因,采取正確的試驗方法,是可以避免情況的發生,也就可以避免造成不必要的損失。

 

 

參考文獻:

1.    工程熱力學 沈維道.鄭佩芝.蔣淡安.高等教育出版社.1995

2.    P計裝-用戶操作指南  上海愛斯佩克環境設備有限公司.2002

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上次修改時間: 2002-12-16 12:18