有关验证钢桥箱型梁内除湿系统防腐效果的研究摘要在钢桥箱型梁内设置除湿机，通过控制箱型梁内的湿度而省去内面涂漆，可减 少使用周期费的除湿系统正受到广泛注R由于普通的箱型梁内部被隔板等隔离 成多个小房间，局部区域湿度有上升的疑虑本文采用数值流体分析法，通过解 析水蒸气的平流扩散，评估了相对湿度分布的经时变化其结果，验证该除湿系 统对均匀降低梁内湿度是有效的1. 前言对妨碍延长钢桥寿命的罪魁祸首一腐蚀，除涂漆外，最近还开发了防腐性高的 钢材和表面处理技术只要实施了适当的防腐措施，可有效利用钢材优良特性， 保持高度的养护管理性近年，有在钢桥上设置除湿机，除去箱型梁内湿气的应用实例尤以欧洲 为中心有增加的趋势这是通过降低箱型梁内的湿度，省去占涂漆面积多的内面 涂漆来试图降低使用周期费H本在新尾道大桥设置了除湿机，表明在大桥的使 用期间可大幅度削减箱型梁内面涂漆费但是，普通的箱型梁内由隔板分成数个小房间，局部区域湿度有上升的疑虑 因而，此次，为量化除湿效果，尝试了采用解析Navie.Stokes方程式的数值流体 分析法具体而言，是根据流动特性，用时间轴评估箱型梁的湿度分布本文首先阐述除湿系统的概要，以标准桥梁为对彖对系统进行了试设计。
其次, 对利用简易手法确认的除湿机效果和，与之相对采用数值流体分析法，利用模拟 手段对除湿系统效果进行验证所得到的结果进行阐述2. 箱型梁内除湿系统的试设计2.1除湿系统概要箱型梁内除湿系统如图1所示，是用除湿机一方面除去接近密封状态的钢制箱 型梁内的水分，使干燥空气在内部循环，一方面使箱型梁内湿度保持在一定值（临 界湿度）以下，设法防止内面腐蚀从理论上而言，只要相对湿度达不到100%, 钢板表面就不会结露，不会发生腐蚀反应但是当表面粘附灰尘、盐类等吋，因 吸附效果，临界湿度通常将下降到50-70%o因此，本文将临界湿度设定在60%, 进行系统的试设计和模拟湿空气排出▲jir过滤器Filter除湿装置排出的干空气Drvair From dehumidifyi 咚 unit除湿机 Dehunndifer Dmphr零n 隔板Fig. 1 Dehumidification system图1 除湿系统2.2试设计结果图2示岀作为试设计对象的钢桥概要桥宽15m,长120m,梁高3.75m除 湿对象是宽7.2m的箱型梁的内部空间Fig. 2 1 box bri dge girder图2 钢桥的一个箱型梁表1列出除湿机和管道设计条件和设计结果。
在确定除湿机台数时，规定箱型 梁内的初期相对湿度为40%,根据一天内的温度变化，箱型梁内空气收缩时，除 去与外气同时流入箱型梁内的水分，预测保持箱型梁内的相对湿度不超过40%所 必需的性能假定的某一日的温度变化在冬夏两季皆为20C,大气的相对湿度为 80%恒定不变，用于计算的除湿机性能曲线如图3所示表1 除湿机和管道的条件和设计•箱型梁容积3240m37.2m 宽 X 3.75m 高 X120m 长•建议的设计条件箱型梁内初期相对湿度：40%o箱型梁外相对湿度：80%恒定不变•温度夏季：3010C冬季：1010C•除湿机性能见图3o•管道长：120m•管道直径：100mm•侧孔直径：9mm•侧孔间距：2.5m•管道内部条件供给干燥空气体积：82.5m3/h风机：82.5m3/h空气速度：5.84in/s总压力：37mmAq•管道外部条件 排岀空气体积：60.5m3/h（除湿机排岀的干空气：30.3n?/h ）空气速度2.14m/s总压力：6.5mmAq•每个侧孔排岀的体积：6.2-14.5 m3/h此外，预想到箱型梁内气流和湿度不均匀分布的情况，除湿机的性能可能不一 定能最大程度地得到发挥。
因此，在确定除湿机的规格和台数时应考虑一定程度 的富余其结果，对箱型梁内部容积3240m3,决定设置1台拥有82.5n?/h干空气供给 量的除湿机此外，由于该性能由夏季条件决定，冬季具备一半的性能足矣除湿机设置在桥梁端部，朝距桥梁端部相反侧端部设置120m的管道由于 从该管道端头排出的干燥空气冋到除湿机需要很长的吋间，因此，在管道侧面设 置横孔横孔直径、配置间隔见表1所示这样，保证了管道除湿机侧5m/s,相对侧2m/s左右的流速一方面这是为了 将干空气从横孔均匀分配给用隔板隔离的各个小房间，保证引导湿润空气被吸入 除湿机的整体流动，在管道的端部也必须具有一定程度的流速这时，应考虑（1）因管道压力损失，干空气到达管道出口前，应给予静压以 免总水头降压；（2）干空气从横孔过量排幽将不能保证出口的流量流出星的绝对湿度25201510•W0T呂 Jnq 一g应hun.drty of祸吃g）吸入量的绝对湿度（g/kg ）Fig.3 Dehumidifier performance curve图3 除湿机性能曲2.3除湿机性能的确认为确认设计的除湿机性能，对忽略箱型梁内气流流动，即假定湿度不在箱型梁 内分布而瞬间被均化时的相对湿度和绝对湿度的经时变化进行研究。
以绝对湿度高的夏季为对象，适当取新木场海桥标准年8月的气象资料作参 考，假定下午2点最高气温显示32C,上午5点最低气温显示22C,其间用正弦 曲线对气温进行了近似处理其次，对湿度经时变化的计算方法进行说明计算是根据下午2点以后每1小 时的气温变化测算箱型梁内体积的增减，评估随体积收缩的同时潮湿空气从箱型 梁外的流入和随膨胀的同时箱型梁内空气向外的排出在箱型梁内，除湿机不间 断运行，按照图3的性能曲线吸入箱型梁内空气，达到除湿目的初期的箱型梁内相对湿度为40%,从该状态逐渐降低温度其理由是当温度 降低后，箱型梁外湿润空气通过收缩流入和因饱和水蒸气量降低引起相对湿度上 升，最终体现在腐蚀性方面，都是对安全性的评估此外，箱型梁外的相对湿度 为80%,不受时间的影响，恒定不变图4示出下午2点从气温32C开始时的气温和相对湿度和绝对湿度的变化 横轴表示时刻和经过的时间，表示的是4天（96小时）的变化情况随着气温的 下降，相对湿度上升，经过15小时后到上午5点，一度上升到高于60%但是， 当气温开始上升后，相对湿度下降，在第二天下午2点达到30%以下从该状态 气温继续下降，相对湿度虽然再度上升，根据除湿机的效果，下一次的高峰不会 达到50%。
其后，根据除湿机的除湿效果，可知相对湿度将逐步降低另一方面，绝对湿度是表示箱型梁内水分量的指标根据图4的结果可知，水 分量总的来说单纯减少即，相对湿度的急剧上升很大程度上受温度降低引起饱 和水蒸气量减少的支配水分随着箱型梁内空气膨胀、收缩而进出的量不过是图4 曲线中很少的凹凸部分实际体积的增减是总数的儿个百分数，可以视为因此缘 故，外气流入对相对湿度、绝对湿度的影响小根据以上结果，按照忽略箱型梁内气流流动的计算结果，在夏季严酷的条件下, 相对湿度不会大大超过60%,绝对湿度在2天的时间内大约减半• Absolute humidity () Tenperature Rdaiive bun^dity 1%)绝对■湿度（g/kg）； 温度（C）； 相对湿度（％）Elapsed citneihl 经过时间（小时）0 40 60 80‘ ・厂 • TO-F-倉 rualLUJ^6o4lJO2oms绝对湿度(g、kg)温度(oc)相对湿度(g、kg)图4 湿度和温度的历时3.根据数值流体分析验证除湿系统 3.1数值流体分析方法概述随着时间的推延，考虑温分析使用的是FLUENT ver.6o紊流模型是标准k・e。
度变化，使屋顶和地面的温度随气温的变化而变化温度通过解热函输送方程式, 绝对湿度通过解水蒸气输送方程式进行了评估此外，水蒸气的输送方程式规定dM为下式:dM dM d + U ；——=— dxf dXj J JM：水蒸气U：流速X：坐标值Min：水蒸气流入量Mout:除湿机的水蒸气损失量vt：紊流扩散系数图5是用于数值分析模型的总图和设置除湿机的端部房间的扩大图元件为四 面体，元件数约20万个隔板和横梁是流体不通过的墙壁，箱型梁做成连续15 个房间的模型此外，假定管道配在箱型梁内的上面部分，各个房间的屋顶设置 留有“管道横孔”的排气孔并且，在各个房间靠近地面分别设置两处因箱型梁 内空气温度变化而膨胀、收缩，从而流入外气的孔 屋顶和地面的温度初始值为32假定15小时后下降到22Co相对湿度的初始值在箱型梁内都为40%,在箱型梁外皆为80%除湿机送出的干空气量如表1所列为82.5m3/h,其中30.3m3/h从管道出口，剩余的从管道横孔放出Fig. 5 Overview of the simulation model图5 模拟模型的概述3.2绝对湿度分布的经时变化图6用等高线图表示箱型梁内绝对湿度经过5、10、15小时后的变化。
该图表 示的是箱型梁宽度方向（7.2m）中心垂直断面绝对湿度的分布随着颜色由蓝变 红，表示绝对湿度大随着时间的经过，总体上得到比较平均的除湿有关15小 时后的绝对湿度，计算整座桥的积分值，得到9.8g/kgo此外，忽略图4的气流流 动的结果，绝对湿度为10.3g/kg，与数值流体分析结果基木一致■ 0H140.012 End of diet除湿机吸入量♦0.010.0080.0060.0120.010.00810 b15b0.0060.0140.014Initial state初始状态绝对湿度Absolute buo^iditv%气流方向Direction of airflouFig. 6 Time history of absolute humidity 图6 绝对湿度的历时口十 iYhAtwl0.012绝对邂度Ateohne bumditv 图7着眼于被隔板包围的房间的3处，定量表示绝对湿度的变化这3处是最 靠近除湿机的房间（图5①）、中间支点上的房间（图5②）、和正对管道末端的房 间（图5③）图中展示了各个房间绝对湿度的经时变化管道末端的房间，由于 流入干空气总量的约36% （30.3m3/82.5m3）,除湿速度最快。
其它两个房间通过管 道横孔放出的干空气进行除湿，除湿情况良好最接近除湿机的空间和长度方向 的中间空间基本上以相同速度进行除湿，根据这一曲线，可知整座桥比较均匀地 得到除湿• Nir dehumidifier绝对湿度靠近除湿机； 中心；靠近管道端头图7 箱型梁绝对湿度历时3年后的变3・3相对湿度分布的经时变化如2.3节所述，有关箱型梁内和对湿度的变化，随着箱型梁内空气的膨胀和收 缩，外气流入所起的作用小，而温度下降造成饱和水蒸气量减少所起的作用大 在此，评估箱型梁内相对湿度，对局部区域相对湿度上升的可能性进行考察首先，根据图4,从初始状态到经过15小时时刻的相对湿度最高，出现62% 另外，图8表示的是根据数值流体分析相对湿度分布的经时变化红色部分的颜 色占了 60%以上当注目15小时以后的相对湿度，除包括管道末端的空间外，箱 型梁内整个区域的相对湿度为50-60%,可以想像即使是在相对湿度最高状态下， 箱型梁内的任何一个房间发生严重腐蚀的可能性都很小。