CN115060521B - 一种火炬测试用高湿度环境模拟装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火炬测试用高湿度环境模拟装置及方法，属于测试模拟装置领域。本发明利用露点间接蒸发冷却器的结构特征，同步获取了含湿量差异较大的低温空气和高温湿空气，低温空气自环境模拟舱顶部喷入，在环境温差驱动下向下运动，而高温湿空气自环境模拟舱底部喷入，在环境温差驱动下向上运动，两者在手持火炬测试段高度混合，可以大幅提升测试段的湿度均匀性。随着高温湿空气的温度下降，空气的湿度会迅速临近饱和湿度，进而实现了高湿度的环境模拟，可获取手持火炬在极端高湿环境下的性能数据。

Description

一种火炬测试用高湿度环境模拟装置及方法

技术领域

本发明涉及火炬测试技术领域，尤其涉及一种火炬测试用高湿度环境模拟装置及方法。

背景技术

手持火炬是大型运动会的重要组成部分，需具备燃烧稳定、可靠、零熄灭的特征。手持火炬在正式定型前需进行充分的测试，因此，针对火炬燃烧及传递过程中可能遇到的各种环境进行分析，研制能够模拟传递环境条件的综合测试试验台是火炬研发的核心工作，通过综合测试试验台考察火炬的火焰形态、火焰长度、点火可靠性、燃烧稳定性、工作安全性等功能性能指标。

当前的手持火炬通常采用高压存储气态燃料，并通过减压的方式在燃烧时提供燃料。由于高压气态燃料减压时会产生冷量且减压阀等部件均为金属，所以在高湿环境下手持火炬的部分位置会结露或结霜，进而影响火炬燃烧或传递稳定性，所以在高湿度下对手持火炬进行测试至关重要。然而，现有手持火炬的测试系统往往采用加湿器等装置增加测试环境的湿度，使测试环境湿度与饱和湿度存在较大差距，进而不能测试手持火炬的极限结露或结霜情况。此外，由于加湿器输出的高湿气体与环境气体存在较大密度差，导致手持火炬附近的空间湿度分布不均。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，并提供一种火炬测试用高湿度环境模拟装置及方法，利用电加热器和露点间接蒸发冷却器制备温度和湿度均不同的空气，并通过合理的空间布置使两种气体混合，在绝对湿度不变的情况下，通过降温减小气体的饱和湿度值，进而使手持火炬测试区的湿度临近饱和湿度。

本发明拟用如下技术方案实现本发明的目的：

第一方面，本发明提供了一种火炬测试用高湿度环境模拟装置，其包括空气管路、低温空气管路、高温湿空气管路、水管路、露点间接蒸发冷却器和环境模拟舱；

所述空气管路依次经过空气进气阀和风机后，末端分别连接低温空气管路和高温湿空气管路；

所述的露点间接蒸发冷却器内部包含露点间接蒸发冷却器干通道和露点间接蒸发冷却器湿通道；

所述低温空气管路依次连接露点间接蒸发冷却器干通道、低温空气进气阀和低温空气喷口，所述低温空气进气阀和低温空气喷口均位于环境模拟舱内，且低温空气喷口设置于环境模拟舱的顶端；

所述高温湿空气管路依次连接电加热器、露点间接蒸发冷却器湿通道、高温湿空气进气阀和高温湿空气喷口，所述高温湿空气进气阀和高温湿空气喷口均位于环境模拟舱内，且高温湿空气喷口设置于环境模拟舱的底部；

所述的水管路依次连接水箱、水阀、水泵和露点间接蒸发冷却器湿通道，用于增加空气湿度；

所述环境模拟舱内设置有手持火炬的安装组件，且环境模拟舱中低温空气喷口自上而下喷出低温空气，高温湿空气喷口自下而上喷出高温湿空气，两者在手持火炬的测试段高度处混合形成模拟的饱和湿度环境。

作为优选，所述环境模拟舱上连接有由排放阀控制开闭的外排管路。

作为优选，所述水箱中存储的水为纯水。

作为优选，所述电加热器加热后的空气温度升高幅度应保证其显热不会传递至露点间接蒸发冷却器干通道。

作为优选，所述低温空气喷口和高温湿空气喷口均应靠近手持火炬位置。

作为优选，所述环境模拟舱内，低温空气喷口和高温湿空气喷口有一组或多组。

作为优选，所述安装组件为可拆卸式安装组件。

第二方面，本发明提供了一种利用上述第一方面任一方案所述模拟装置的火炬测试用高湿度环境模拟方法，其包括：

S1、打开空气进气阀、低温空气进气阀、高温湿空气进气阀、水阀和排放阀，启动风机、电加热器和水泵；

S2、水箱中的液态水在水泵的作用下持续进入水管路，并依次通过水阀、水泵后进入露点间接蒸发冷却器湿通道；

S3、空气在风机的作用下持续进入空气管路，依次通过空气进气阀和风机后分为两路，一路进入高温湿空气管路，另一路进入低温空气管路；

S4、进入高温湿空气管路的空气首先经过电加热器进行加热升温，使空气的相对含湿量下降，随后进入露点间接蒸发冷却器的露点间接蒸发冷却器湿通道中，与来自水管路的水不断进行热湿交换形成高温湿空气，同时露点间接蒸发冷却器湿通道中水蒸发吸热所产生的冷量传递至露点间接蒸发冷却器干通道；高温湿空气随后依次通过高温湿空气进气阀、高温湿空气喷口后进入环境模拟舱顶部自上而下喷出；

S5、进入低温空气管路的空气直接进入露点间接蒸发冷却器的露点间接蒸发冷却器干通道中，吸收露点间接蒸发冷却器湿通道所提供的冷量后形成低温空气，低温空气随后依次通过低温空气进气阀、低温空气喷口进入环境模拟舱底部自下而上喷出；

S6、进入环境模拟舱中的高温湿空气和低温空气相互混合，在手持火炬周围形成湿度近似饱和的空气从而营造模拟的饱和湿度环境，在试验测试过程中水汽凝结在手持火炬的部分表面；模拟过程中，部分混合后的空气通过排放阀排出环境模拟舱，防止内部压力过高。

常规的火炬环境模拟系统中的加湿方式均为在饱和湿度值不变的情况下，增加环境的绝对湿度，进而提升相对湿度，使其去逼近饱和湿度值，但由于多种限制，使测试环境的相对湿度与饱和湿度之间存在较大差异。本发明则通过在绝对湿度不变的情况下，通过用低温空气对高温湿空气降温来减小饱和湿度值，进而可使测试环境的相对湿度近似等于饱和湿度值。

本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：利用露点间接蒸发冷却器的结构特征，同步获取了含湿量差异较大的低温空气和高温湿空气，结构简单，操作方便；低温空气自环境模拟舱顶部喷入，在环境温差驱动下向下运动，而高温湿空气自环境模拟舱底部喷入，在环境温差驱动下向上运动，两者在手持火炬测试段高度混合，可以大幅提升测试段的湿度均匀性；随着高温湿空气的温度下降，空气的湿度会迅速临近饱和湿度，进而实现了高湿度的环境模拟，可获取手持火炬在极端高湿环境下的性能数据。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果做进一步说明，以充分的了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明一种火炬测试用高湿度环境模拟系统的结构示意图。

图中附图标记为：空气管路1、空气进气阀2、风机3、露点间接蒸发冷却器4、低温空气管路5、露点间接蒸发冷却器干通道6、低温空气进气阀7、低温空气喷口8、高温湿空气管路9、电加热器10、露点间接蒸发冷却器湿通道11、高温湿空气进气阀12、高温湿空气喷口13、水管路14、水箱15、水阀16、水泵17、环境模拟舱18、手持火炬19、排放阀20。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。本发明各个实施例中的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，可以是直接连接到另一个元件或者是间接连接即存在中间元件。相反，当元件为称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

如图1所示，在本发明的一个较佳实施例中，提供了一种火炬测试用高湿度环境模拟装置，其核心组件包括空气管路1、空气进气阀2、风机3、露点间接蒸发冷却器4、低温空气管路5、露点间接蒸发冷却器干通道6、低温空气进气阀7、低温空气喷口8、高温湿空气管路9、电加热器10、露点间接蒸发冷却器湿通道11、高温湿空气进气阀12、高温湿空气喷口13、水管路14、水箱15、水阀16、水泵17、环境模拟舱18、手持火炬19、排放阀20。该模拟装置利用电加热器和露点间接蒸发冷却器制备温度和湿度均不同的空气，并通过合理的空间布置使两种气体混合，在绝对湿度不变的情况下，通过降温减小气体的饱和湿度值，进而使手持火炬测试区的湿度临近饱和湿度。

下面对该火炬测试用高湿度环境模拟装置中各组件的具体连接方式和工作流程进行详细描述。

在该装置中，空气是通过空气管路1来输入的，空气管路1依次经过空气进气阀2和风机3后，末端分别连接低温空气管路5和高温湿空气管路9。空气进气阀2可以控制空气管路1整体的通断，而风机3则用于提供空气的输送动力。

露点间接蒸发冷却器4内部包含露点间接蒸发冷却器干通道6和露点间接蒸发冷却器湿通道11，露点间接蒸发冷却器4的具体结构和原理属于现有技术，对此不再展开赘述。低温空气管路5和高温湿空气管路9需要分别将空气接入露点间接蒸发冷却器干通道6和露点间接蒸发冷却器湿通道11中，进而在露点间接蒸发冷却器干通道6中对空气进行降温，在露点间接蒸发冷却器湿通道11中对空气进行升温。

低温空气管路5依次连接露点间接蒸发冷却器干通道6、低温空气进气阀7和低温空气喷口8，所述低温空气进气阀7和低温空气喷口8均位于环境模拟舱18内，且低温空气喷口8设置于环境模拟舱18的顶端，可将冷却降温后的低温空气输送至环境模拟舱18的顶端。

高温湿空气管路9依次连接电加热器10、露点间接蒸发冷却器湿通道11、高温湿空气进气阀12和高温湿空气喷口13，高温湿空气进气阀12和高温湿空气喷口13均位于环境模拟舱18内，且高温湿空气喷口13设置于环境模拟舱18的底部，可将增温和增湿后的高温湿空气输送至环境模拟舱18的底部。

水管路14依次连接水箱15、水阀16、水泵17和露点间接蒸发冷却器湿通道11，用于将水箱15中存储的液态水泵入露点间接蒸发冷却器湿通道11中，通过升温蒸发，以增加空气湿度。

需要特别说明的是，低温空气管路5的作用是向环境模拟舱18中输入低温空气，高温湿空气管路9的作用是向环境模拟舱18中输入高温湿空气。需要特别说明的是，本发明中的低温空气和高温湿空气并不限定具体的温度和湿度，其温度和湿度的高低仅仅是相对于空气管路1中初始输入的空气温度和湿度的相对高低。也就是说，低温空气是相对于初始输入的空气具有更低温度的空气，高温湿空气是相对于初始输入的空气具有更高温度和更高湿度的空气。低温空气和高温湿空气具体需要控制的温度和湿度，可根据实际模拟情况进行优化调整，以能够营造满足模拟要求的饱和湿度环境为准。

环境模拟舱18是实现模拟的主体，环境模拟舱18内设置有手持火炬19的安装组件，具体的安装组件形式不限，优选采用可拆卸式的插拔式或者卡扣式的安装组件。环境模拟舱18中低温空气喷口8自上而下喷出低温空气，高温湿空气喷口13自下而上喷出高温湿空气，两者在手持火炬19的测试段高度处混合形成模拟的饱和湿度环境。手持火炬19的测试段高度可根据实际的测试方案进行确定。

本发明中环境模拟舱18优选采用隔热密闭的模拟仓，因此还可以在环境模拟舱18上连接有由排放阀20控制开闭的外排管路。当环境模拟舱18内部气压过大时，可以通过打开排放阀20将气体排出。排放阀20可以是泄压阀等阀门形式。

另外，作为本发明实施例的一种较佳实现方式，水箱15中存储的水为纯水，防止电加热器表面生成矿物质，影响加热效率。

另外，作为本发明实施例的一种较佳实现方式，上述电加热器10加热后的空气温度升高幅度不宜过高，应保证其显热不会传递至露点间接蒸发冷却器干通道6。

由于本发明中，是依赖于低温空气喷口8中自上而下喷出的低温空气以及高温湿空气喷口13中自下而上喷出的高温湿空气来营造饱和湿度环境的，因此低温空气喷口8和高温湿空气喷口13均应靠近手持火炬19位置，使两者的混合区域位于手持火炬19附近。

另外，为了保证环境模拟舱18内手持火炬19附近的饱和湿度环境均匀，低温空气喷口8和高温湿空气喷口13可以根据需要设置一组或多组。

在本发明的另一较佳实施例中，利用上述图1所示的模拟装置，还提供了一种火炬测试用高湿度环境模拟方法，其包括以下流程：

S1、打开空气进气阀2、低温空气进气阀7、高温湿空气进气阀12、水阀16和排放阀20，启动风机3、电加热器10和水泵17；

S2、水箱15中的液态水在水泵17的作用下持续进入水管路14，并依次通过水阀16、水泵17后进入露点间接蒸发冷却器湿通道11；

S3、空气在风机3的作用下持续进入空气管路1，依次通过空气进气阀2和风机3后分为两路，一路进入高温湿空气管路9，另一路进入低温空气管路5；

S4、进入高温湿空气管路9的空气首先经过电加热器进行加热升温，使空气的相对含湿量下降，随后进入露点间接蒸发冷却器4的露点间接蒸发冷却器湿通道11中，与来自水管路14的水不断进行热湿交换形成高温湿空气，同时露点间接蒸发冷却器湿通道11中水蒸发吸热所产生的冷量传递至露点间接蒸发冷却器干通道6；高温湿空气随后依次通过高温湿空气进气阀12、高温湿空气喷口13后进入环境模拟舱18顶部自上而下喷出；

S5、进入低温空气管路5的空气直接进入露点间接蒸发冷却器4的露点间接蒸发冷却器干通道6中，吸收露点间接蒸发冷却器湿通道11所提供的冷量后形成低温空气，低温空气随后依次通过低温空气进气阀7、低温空气喷口8进入环境模拟舱18底部自下而上喷出；

S6、进入环境模拟舱18中的高温湿空气和低温空气相互混合，在手持火炬19周围形成湿度近似饱和的空气从而营造模拟的饱和湿度环境，在试验测试过程中水汽凝结在手持火炬的部分表面；模拟过程中，部分混合后的空气通过排放阀20排出环境模拟舱18，防止内部压力过高。

需要注意的是，上述S1～S6并没有限制必然存在先后关系，各组件的作动先后可以根据实际进行调整。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种火炬测试用高湿度环境模拟装置，其特征在于，包括空气管路（1）、低温空气管路（5）、高温湿空气管路（9）、水管路（14）、露点间接蒸发冷却器（4）和环境模拟舱（18）；

所述空气管路（1）依次经过空气进气阀（2）和风机（3）后，末端分别连接低温空气管路（5）和高温湿空气管路（9）；

所述的露点间接蒸发冷却器（4）内部包含露点间接蒸发冷却器干通道（6）和露点间接蒸发冷却器湿通道（11）；

所述低温空气管路（5）依次连接露点间接蒸发冷却器干通道（6）、低温空气进气阀（7）和低温空气喷口（8），所述低温空气进气阀（7）和低温空气喷口（8）均位于环境模拟舱（18）内，且低温空气喷口（8）设置于环境模拟舱（18）的顶端；

所述高温湿空气管路（9）依次连接电加热器（10）、露点间接蒸发冷却器湿通道（11）、高温湿空气进气阀（12）和高温湿空气喷口（13），所述高温湿空气进气阀（12）和高温湿空气喷口（13）均位于环境模拟舱（18）内，且高温湿空气喷口（13）设置于环境模拟舱（18）的底部；

所述的水管路（14）依次连接水箱（15）、水阀（16）、水泵（17）和露点间接蒸发冷却器湿通道（11），用于增加空气湿度；

所述环境模拟舱（18）内设置有手持火炬（19）的安装组件，且环境模拟舱（18）中低温空气喷口（8）自上而下喷出低温空气，高温湿空气喷口（13）自下而上喷出高温湿空气，两者在手持火炬（19）的测试段高度处混合形成模拟的饱和湿度环境。

2.如权利要求1所述的火炬测试用高湿度环境模拟装置，其特征在于，所述环境模拟舱（18）上连接有由排放阀（20）控制开闭的外排管路。

3.如权利要求1所述的火炬测试用高湿度环境模拟装置，其特征在于，所述水箱（15）中存储的水为纯水。

4.如权利要求1所述的火炬测试用高湿度环境模拟装置，其特征在于，所述电加热器（10）加热后的空气温度升高幅度应保证其显热不会传递至露点间接蒸发冷却器干通道（6）。

5.如权利要求1所述的火炬测试用高湿度环境模拟装置，其特征在于，所述低温空气喷口（8）和高温湿空气喷口（13）均应靠近手持火炬位置。

6.如权利要求1所述的火炬测试用高湿度环境模拟装置，其特征在于，所述环境模拟舱（18）内，低温空气喷口（8）和高温湿空气喷口（13）有一组或多组。

7.如权利要求1所述的火炬测试用高湿度环境模拟装置，其特征在于，所述安装组件为可拆卸式安装组件。

8.一种利用如权利要求1~7任一所述模拟装置的火炬测试用高湿度环境模拟方法，其特征在于，包括：

S1、打开空气进气阀（2）、低温空气进气阀（7）、高温湿空气进气阀（12）、水阀（16）和排放阀（20），启动风机（3）、电加热器（10）和水泵（17）；

S2、水箱（15）中的液态水在水泵（17）的作用下持续进入水管路（14），并依次通过水阀（16）、水泵（17）后进入露点间接蒸发冷却器湿通道（11）；

S3、空气在风机（3）的作用下持续进入空气管路（1），依次通过空气进气阀（2）和风机（3）后分为两路，一路进入高温湿空气管路（9），另一路进入低温空气管路（5）；

S4、进入高温湿空气管路（9）的空气首先经过电加热器进行加热升温，使空气的相对含湿量下降，随后进入露点间接蒸发冷却器（4）的露点间接蒸发冷却器湿通道（11）中，与来自水管路（14）的水不断进行热湿交换形成高温湿空气，同时露点间接蒸发冷却器湿通道（11）中水蒸发吸热所产生的冷量传递至露点间接蒸发冷却器干通道（6）；高温湿空气随后依次通过高温湿空气进气阀（12）、高温湿空气喷口（13）后进入环境模拟舱（18）底部自下而上喷出；

S5、进入低温空气管路（5）的空气直接进入露点间接蒸发冷却器（4）的露点间接蒸发冷却器干通道（6）中，吸收露点间接蒸发冷却器湿通道（11）所提供的冷量后形成低温空气，低温空气随后依次通过低温空气进气阀（7）、低温空气喷口（8）进入环境模拟舱（18）顶部自上而下喷出；

S6、进入环境模拟舱（18）中的高温湿空气和低温空气相互混合，在手持火炬（19）周围形成湿度近似饱和的空气从而营造模拟的饱和湿度环境，在试验测试过程中水汽凝结在手持火炬的部分表面；模拟过程中，部分混合后的空气通过排放阀（20）排出环境模拟舱（18），防止内部压力过高。

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