Page 17 - 电力与能源2023年第六期

施 会，等：基于微正压干燥空气注入的开关柜除湿加热系统设计 563

致开关柜内的元器件表面结露，通过计算流体力
学（CFD）数值仿真实现结露状态仿真，如图 2 所
示。潮湿空气在元器件表面结露，由于受到重力
作用，露水呈现向下的悬垂状态，表明此时已经完
成了初始结露状态的仿真。

图 2 仿真实现的元器件表面结露状态（局部放大）
图 3 水蒸气速度分布云图
向柜体内通入干燥气流，来模拟气流的干燥
正压环境的形成，使得柜内与外界湿空气隔离，结
除湿过程。水蒸气速度分布云图如图 3 所示，可
露现象无法再发生，从而保障了设备安全。
观察到干空气从下方通入，速度为 1 m·s ，通过
−1
干 燥 进 行 6.5 s 之 后 的 柜 内 温 度 分 布 如 图 4
外界空气处理设备调整后（加热除湿净化），温度
所示。由于干热空气的通入，柜内绝大部分位置
为 35 ℃，相对湿度 40%。此时柜内（以及环境）空
的温度已经达到了干空气温度，而元件表面未被
气温度为 25 ℃，相对湿度 90%。两种状态的空气
蒸发完的结露在下方空气的吹扫下，集中到元件
参数都可以根据实际情况在后期模拟中修改到符
背风面，此时背风面后方的气流温度受到蒸发吸
合现场环境。当干热空气进入柜体后，会绕流经
热的影响，明显低于干空气温度，这也说明了此
过元件，对元件表面进行干燥除湿。由于元件本
时蒸发过程正在进行。同时，在图 4 中当干燥进
身会阻碍气流通过，因此气流经过元件表面时会
行 6.5 s 后，可观察到元件表面的液态水相比于初
产生加速或加强机械湍流的扰动效果，这两种物
始状态下已经明显减少，即将完全蒸发消失，说明
理现象均会增强气流除湿效果。图 3 中，当气流
在此工况下，约 10 s 量级的时间内即可完成元件
流经元件时，元件正面阻碍气流通过，因此气流绕
表面干燥。
道两侧，在圆柱体周围气流加速，会增强除湿效
果；同时元件背面气流较少，因处于背风区而风速
较低，此时理论上除湿效果会略差，但由于气流绕
过元件时会产生涡流，加强了传热传质，反而会增

强元件背面的除湿效果。
通入干燥空气 5 s 后，元件表面的液态水开始
蒸发，附近开始出现气态水的成分，刚刚蒸发产生
的气态水（即水蒸气）会被空气迅速带离元件表
面，逐步实现干燥。
整个干燥蒸发过程按照上述方式随时间进

行，当结露情况不严重时，约 10 s 量级内即可完成
干燥，使元件表面的结露消失。此时开关柜内已经 图 4 干燥进行 6.5 s 之后的柜内温度分布云图
充满了干燥热空气，并且干燥空气仍在以稳定的小 3.2 微正压干燥空气驱潮除湿效果分析
流量进入开关柜，以极小的能耗代价保证了柜内微 利用微正压干燥空气的新型开关柜加热器驱