高压节气喷嘴在高压喷气-填料蒸发冷却空调机组中的作用

高压节气喷嘴在高压喷气-填料蒸发冷却空调机组中的作用霍海红。黄 翔，自延斌(西安工程大学，陕西西安 710048)摘 要： 为了得到高压节气喷嘴对高压喷气-填料蒸发冷却空调机组性能的影响和对压缩空气消耗量的影响，本文讨论了该高压节气喷嘴的特点及其与蒸发冷却相结合的作用。分析了压缩空气从高压节气喷嘴喷出后，与周围新风卷吸、掺混，并冷却干燥新风 ，同时总结出其与喷水室喷嘴的不同点，最终得到高压节气喷嘴不仅可以提高压缩空气的利用率 ，而且有助于被处理新风在高压喷气段的热湿交换。

关键词： 高压节气喷嘴；直接蒸发冷却；气流特性 ；降温干燥中图分类号： TH137.8 文献标识码： A doi：10.3969/j.issn.1005-0329.2013.03.017High Pressure Air Saver Nozzle in the Role of High Pressure Jet-packingEvaporative Cooling Air ConditioningHUO Hai-hong，HUANG Xiang，BAI Yan-bin(Xi an Polytechnical University，Xi al 710048，China)Abstract： In order to get high pressure air saver nozzle how to impact on high pressure jet- packing evaporative cooling airconditioning unit，performance and the influence of the consumption of compressed air.And discuss the characteristics the highpressure air saver of air conditioning unit and the role of combination with evaporative cooling.Analyzes the compressed airthrough the high pressure air saver inflation，rock suck and mix cool and dry the fresh air.And summer up the diferences of wa-ter spray nozzle in the water spray chamber.Finaly obtained the high pressure air saver nozzle can improve the utilization rate ofcompressed air，and it helps to the heat and mass transfer in hi gh pressure jet segment of。

Key words： hi gh pressure air saver nozzle；direct evaporative cooling；compressed air utilization rate；cool an d dry1 前言高压喷气-填料蒸发冷却空调是-种将工业用于燥压缩空气与蒸发冷却技术相结合的空调，它是由高压喷气段与直接蒸发冷却段组成，目的是将高温高湿的室外新风先进行除湿冷却，然后再经过直接蒸发冷却降温加湿，可有效地提高直接蒸发冷却段的效率，减轻了直接蒸发冷却受天气影响的束缚，扩展了应用区域。因此，高压节气喷嘴是高压喷气段的核心部件。高压节气喷嘴的性能好坏直接影响高压喷气段的热湿交换效率，收稿 日期： 2012-07-19基金项目： 陕西势技统筹创新工程计划项目(2011KTCQ01-10)从而影响整个机组的性能。

本文主要针对高压节气喷嘴的结构、特点、气流特性以及与蒸发冷却相结合后对空气热湿交换过程影响进行研究，并总结与传统喷水室中喷水喷嘴的不同点，从而得出在高压喷气-填料蒸发冷却空调中的重要作用。

2 高压节气喷嘴的特点及其作用高压节气喷嘴是用不锈钢制成，内壁光滑，以减少气流在管内形成的涡流，外壁也光滑。其工2013年第41卷第3期 流 体 机 械 79作原理为：将极少量的压缩空气通入高压节气喷嘴，从-个细小的、内部环形喷嘴以接近音速的速度喷出，并在其侧面产生-个强真空区，拉动周围大量空气 向前喷射。这股气流 的冲击力高达0.096～0.570 kg。压缩空气通过压缩空气管道送到高压节气喷嘴处，将压缩空气射出，这股射流经过膨胀、卷吸、掺混等作用与经过过滤的室外新风进行热交换。

高压节气喷嘴在该空调机组高压喷气段的作用主要有 3个方面：(1)将压缩空气从高压节气喷嘴喷出，改变其出口后的路线，卷吸周围新风并掺混，同时带动新风向前移；(2)有效降低压缩空气的出口压力，使得减少压缩空气损耗量，并迅速有效的与周围新风混合；(3)与室外新风-起边混合边向前移动，能使压缩空气与新风充分接触，提高高压喷气段的降温干燥效率。

2.1 高压节气喷嘴的特点高压节气喷嘴使压缩空气能产生强的大气流在工业领域中完成吹除、冷却、排除碎片等工作。

利用压缩空气的膨胀吸热吸湿特性，将其用于直接蒸发冷却空调中，只需较少量的压缩空气。这种高压节气喷嘴平均可减少 70%的压缩空气消耗量，减少能源，且可使输出能力增强 25倍。能提供精确的气流，增加气流强度和减少噪声。其喷射强度也可以调节，而且投资回收期也比较短。

高压节气喷嘴根据型号、使用诚及其功能分为可调节喷嘴与-般喷嘴。图 1所示的是这两种喷嘴的出口喷射压力对比。

40窆20口丑储气罐压力(MPa)图 1 不同类型的高压节气喷嘴出口喷射压力对 比由图可见，随着压缩空气压力的增大，高压节气喷嘴的出口喷射压力也随着增加，可调节喷嘴的增加幅度比-般喷嘴增加的幅度大。而且在相同的压缩空气压力下，可调喷嘴的出口喷射压力高于-般喷嘴。

2.2 高压喷气的气流特性高压喷气的气流的特性主要指压缩空气在-定的压力下，喷嘴出口流速和气流衰减性质以及气压、喷气时间与周围新风混合降温干燥的关系等。根据高压节气喷嘴的结构，喷嘴内的气流可看作是在-不等径的管道中流动的，从而可推导出喷口处气体的喷射速度为 J：： [1-( ) ] (1)式中 K--空气的绝热指数R--气体常数P --出口压力- - 压缩空气的压力- - 气体的温度当高压节气喷嘴的压力与当地音速相等时，出口处气体喷射速度达到最大，不再增加，此时的压缩空气处于临界状态。即 VI Of. 其中 是临界速度；Ot 是临界截面上当地音速。高压节气喷嘴出口处的气流速度是-个值得关注的问题。因为出口气流速度的高低直接影响速度的衰减和射程的远近。若出口风速高，则速度衰减缓慢且射程远，反之速度衰减快且射程近。气流速度的衰减程度撒于压缩空气在周围新风中的扩散速度和对周围新风的卷吸、掺混作用，同时也与它的流速和流量密切相关。所以，在通常情况下，-束射流的流速高且流量大时，其衰减速度变化也较为缓慢。

为了分析压缩空气从高压节气喷嘴喷出后速度的衰减程度，对压力为0.6MPa的压缩空气进行出口速度衰减及射程测试，共进行了4组试验，而且测试过程中，为了得出较为准确的速度，尽量保持周围环境空气静止不动，因此在压缩空气喷出时，周围环境空气对其紊流影响较校高压节气喷嘴出口压缩空气速度衰减变化的测试结果如图2所示。

昙餐0距喷嘴的距离(mm)图2 高压节气喷嘴出口压缩空气速度衰减变化由图2可知：高压节气喷嘴出口处压缩空气速度起先是接近线性逐步降低，随后衰减较为平缓。压缩空气的速度在距喷嘴 300mm后衰减平FLUID MACHINERY Vo1.41，No.3，2013缓，500mm后速度基本衰减完，可得压力为0.6MPa的压缩空气从这种高压节气喷嘴喷出后的衰减长度约为 500ram。

图2示出周围环境空气的速度几乎为零的情况下得到的速度衰减曲线，但是在高压喷气 -填料蒸发冷却空调机组内，被处理的室外新风是有风速的。因此，在该空调机组中，若高压喷气对被处理新风顺喷时，因为室外新风的影响，高压喷气与被处理新风的混合衰减长度小于 500mm。若高压喷气对被处理空气逆喷时，被处理空气会加强高压喷气的速度衰减。因为按照连续流动的理论，压缩空气从喷嘴喷出后与周围室外新风之间存在夹角p 。当压缩空气从喷嘴喷出射人主气流时，两股气流相互碰撞，射流尺寸发生变化。

气流在垂直截面上被压扁，必然引起水平截面的边界变宽，两股气流汇合后的主气流又以-定的扩展角继续流动，待到下-股辅助气流射人后射流尺寸又-次被压扁。随着射流交角Ot的增加，压扁程度加重，因而流场速度分布的离散系数增大4 J。所以相比于顺喷，逆喷时的速度衰减长度应小于顺喷。因此使得压缩空气与室外新风的接触长度 接触时间小于顺喷时的情况，会导致高压喷气段的降温干燥效果会降低。

如图3所示，不同储气压力下的压缩空气从高压节气喷嘴喷出后压力随着距离的变化。

1.6妻o.s出0153 . 306 459距喷嘴距离(ram)图 3 高压节气喷嘴喷出后压力随着距离的变化从图中可以看出，压缩空气从高压节气喷嘴喷出后的压力随着距离的增加而降低。这是因为压缩空气在沿着距离方向的速度-直在衰减。同时可以看出，不同压力下的压缩空气从相同喷嘴喷出后的衰减趋势类似，但是较高压力下的压缩空气压力高于相同位置的较低压力下的压缩空气。该趋势与图3中的压力趋势是-致的。分析其原因：压缩空气在到达高压节气喷嘴时是气压比较大。高压节气喷嘴对压力的衰减比率是固定的，所以压力较高的压缩空气在高压节气喷嘴出口处的喷射压力也较高。

3 高压喷气与直接蒸发冷却相结合高压喷气-填料蒸发冷却空调空气处理过程如图4焓湿所示。

图4 高压喷气-填料蒸发冷却空调空气处理过程室外新风首先经过高压喷气段降温减湿后再进入直接蒸发冷却段。其中图4中的虚线指的是压缩空气与室外新风的混合过程，表示压缩空气可以对室外新风降温干燥。

直接蒸发冷却的空气处理过程是等焓加湿降温过程，其效率公式：叼 由式(2)可以看出当室外新风干球温度和直接蒸发冷却的效率不变时，室外新风越干燥，则湿球温度越低，所有接近被处理空气的湿球温度的送风温度越低，降温效果越好。因此室外新风的状态直接影响直接蒸发冷却的效率，即室外新风越干燥，干湿球温差越大，直接蒸发冷却效率越高。所以，利用干燥的压缩空气使得空气进入直接蒸发冷却段之前变得干燥。

同时从工业用压缩空气是经过空压站集中压缩、冷却、干燥后再进行使用的，因此这种压缩空气具有温度较低且干燥的特性，并且这种压缩空气的压力-般在 0.5MPa以上。利用压缩空气膨胀吸热吸湿的特点，所以将具有高压的低温干燥的压缩空气从高压节气喷嘴喷出与室外新风进行卷吸、掺混。以西安地区室外气象参数为例计算，2m /min的压缩空气就能使 5000m /h室外新风降低 1.6℃，相对湿度降低 10.9%，湿球温度降低3.8℃。若保持直接蒸发冷却效率为 95%不变，2013年第41卷第3期 流 体 机 械 81高压喷气-填料蒸发冷却空调能使室外新风降低到22.6C，单纯使用直接蒸发冷却使室外新风降低到 26.2C∩见将高压喷气与直接蒸发冷却相结合，能有效地提高直接蒸发冷却空调的使用范围。

4 高压节气喷嘴与喷水室喷嘴的对比分析高压节气喷嘴是针对压缩空气而制作的喷嘴，喷出的介质是压缩空气。而用于喷水室的喷嘴喷出的介质是水，大多是为了增加水与空气的接触面积，进而提高热湿交换效率。因此，根据介质的不同，使得两种喷嘴的结构、气流特性以及压力速度衰减等各不相同。

不同点：(1)喷嘴出口的气流方向不同。压缩空气出口气流是曲线形，扰动周围空气并迅速与其扰动、混合，能够迅速充满空间，所以接触面积较大。喷水室喷嘴的水流方向是直线，与空气的接触面积就是该喷嘴的雾化面积；(2)速度衰减长度不同。该高压节气喷嘴的速度衰减长度根据压缩空气的压力会有所不同，膨胀后的压缩空气密度小，气流受周围新风的扰动比较大，因此速度衰减长度较校而喷水室的喷嘴喷出来的水具有水压，且水的密度大于空气的密度，较稳定，因此会有很长的速度衰减长度；(3)喷嘴密度、喷嘴流量的不同。高压节气喷嘴的布置密度为了满足喷射出来的压缩空气与周围空气的卷吸掺混，气流路径是曲线。且在该高压喷气-填料蒸发冷却空调机组中，压缩空气的使用量非常小，即压缩空气与被处理空气之 比(简称气气 比)较小，-般10%左右。因此喷嘴密度较校而在喷水室中，喷水室的喷嘴密度是为了满足空气与水能够充分接触并减少耗水量，且水气 比对其有直接关系。

而且喷水室中，水气比-般为 0.7左右，即 70%左右∩见虽然不同雾化效果的喷嘴，布置密度也会有所不同，但单从水气比与气气比就可以得出喷水室中喷嘴的布置密度大于高压节气喷嘴的布置密度 ；(4)喷嘴堵塞问题。工业用压缩空气是经过初效过滤、高效过滤器过滤后再进行压缩、冷却、干燥的。因此，不会造成喷嘴堵塞问题。

而喷水室中，喷嘴堵塞是喷水室中经常出现的问题 。所以，在喷嘴维护方面高压节气喷嘴就可免去这部分维护。

5 结语高压喷气-填料蒸发冷却空调中高压节气喷嘴是高压喷气段的核心部件，因此它的结构、特点以及气流特性对高压喷气段的热湿交换效率有很大的影响。通过以上分析得出，压缩空气从高压节气喷嘴喷出后的速度、压力随着距离的增加而降低，较高压力下的压缩空气压力高于相同位置的较低压力下的压缩空气。通过高压节气喷嘴喷出后的压缩空气在膨胀的同时，卷吸、掺混周围新风，对其进行降温减湿后再送人直接蒸发冷却段，可提高直接蒸发冷却的效率，扩大其使用范围。

与喷水室中喷水的喷嘴相比，喷嘴密度小，喷嘴不堵塞；且喷射出来的气流是曲线，速度衰减长度不同。高压节气喷嘴平均可减少 70%压缩空气消耗，减少能源，且输出能力增强25倍 ，因此可提高压缩空气在高压喷气段的利用率，而且有助于被处理新风在高压喷气段的热湿交换。