[发明专利]一种喷雾消热装置的长度确定方法

说明书

本发明公开了一种喷雾消热装置及其长度确定方法，喷雾消热装置包括进风口、出风口、进水管、集水槽、排水口、导流板、喷嘴、箱体、挡水板；含尘热气流从进风口进入消热装置，在导流板的作用下，实现均流，随后进入箱体，与喷嘴喷出的雾化液滴进行直接接触换热，根据进水管进水温度的不同，消热装置可对风流进行减湿冷却和蒸发冷却，同时喷雾段又能对含尘气流实现降尘的功能，最后风流经润湿后的挡水板流出，完成整个净化消热过程，水流从集水槽的排水口排出。该装置实现了梯级降温的过程，解决现有隧道通风降温和机械制冷降温存在的不足，兼有吸尘、除尘，净化的功能，经处理后的空气可二次利用。

技术领域

本发明涉及地下工程热湿环境控制技术领域，具体涉及一种用于高地温隧道施工期间喷雾消热装置及其长度确定方法。

背景技术

随着我国公路、铁路建设的快速发展，隧道数量和埋深不断增加。伴随着隧道埋深的增加，地温逐渐增加。目前，我国隧道岩壁最高温度为89℃，围岩散热成为高地温隧道主要热源。根据现有标准，施工期间隧道环境温度不得超过28℃，当环境温度在28～32℃时，人的工作效率开始下降；当温度超过32℃时，人的注意力和灵敏度开始受到影响。由此可见，在高地温地区修建长大深埋隧道时，热害问题已经成为制约隧道施工安全与效率的主要因素。

目前，控制隧道施工热环境的主要技术手段是通风。王卓通过理论推导，得出施工隧道在有无高温水工况下的送风量计算式，结果表明增大通风量可使洞内温湿大幅度降低。谷柏森通过对高地温隧道施工通风的研究，提出采用分段式通风降温的方法，既可以降低送风量，又能使隧道环境温度始终保持在30℃以下。显然，当隧道热害较轻、距离较短时，加大送风量来降低隧道环境温度是可行的，但是对于高地温长大深埋隧道，热负荷较大，压入式风筒送风量受到隧道长度的限制，加之空气自压缩热和隧道环境对管内风流的传热，使风流温度升高，增风降温已远不能满足作业环境的要求。于是有学者提出采用人工制冷的方法，将制冷主机放置在洞外，表面式换热器布置在隧道内，对空气进行降温，但是隧道施工过程中存在大量粉尘，风流流经表面式换热器后会在管壁上结垢，影响换热效果。为此，部分学者提出采用喷雾的方法对热风流进行降温。黄敏华基于热力学第一定律，通过引入体积换热系数，建立顺流单排喷水室内气液两相流热湿传递模型，得到喷水初温25℃条件下，使热风50℃降低10℃时的水气比为0.8，液滴临界粒径为243um。随后，黄敏华基于热力学第二定律，建立液滴-空气热湿传递分析模型，通过合理优化水气比和液滴粒径，使热交换效率超过90％，效率超过60％。然而，喷雾装置的特征长度受热工参数影响，液滴与空气的接触时间和接触面积不同，设备参数也会不同。如何从传热学角度量化水气比、粒径、流速对喷雾装置长度的影响，避免冗余，从而提高换热效率，节约占地面积和建造成本，对隧道工程施工降温具有重要意义。

发明内容

基于此，本发明的目的在于利用传热学基本理论，结合我国地下工程热环境控制及空气调节的特点，提供一种喷雾消热装置及其长度确定方法，以提高换热效率，节约占地面积和建造成本。

本发明的上述目的是通过如下的技术方案来实现的：一种喷雾消热装置，包括进风口、出风口、进水管、集水槽、排水口、导流板、喷嘴、箱体、挡水板；进风口位于箱体前端，出风口位于箱体后端，导流板与连通进水管的喷嘴位于箱体前部，挡水板位于箱体后部，集水槽位于挡水板下方，排水口位于集水槽一端；喷嘴之前形成进风段，喷嘴与挡水板之间形成喷雾段，挡水板之后形成出风段；使含尘热气流从进风口进入消热装置，在导流板的作用下，实现均流，随后进入箱体，与喷嘴喷出的雾化液滴进行直接接触换热，根据进水管进水温度的不同，消热装置可对风流进行减湿冷却和蒸发冷却，同时喷雾段又能对含尘气流实现降尘的功能，最后风流经润湿后的挡水板流出，完成整个净化消热过程，水流从集水槽的排水口排出。该装置实现了梯级降温的过程，解决现有隧道通风降温和机械制冷降温存在的不足，兼有吸尘、除尘，净化的功能，经处理后的空气可二次利用。