李文豪

（江門市職業(yè)病防治所 廣東江門 529000）

基于工廠的有害物質(zhì)吹吸通風(fēng)控制系統(tǒng)的原理分析

李文豪

（江門市職業(yè)病防治所 廣東江門 529000）

本文圍繞工廠有害物質(zhì)通風(fēng)控制系統(tǒng)的原理展開分析，首先分析了送風(fēng)室內(nèi)污染物動(dòng)力特征，然后分析了自由射流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及吹吸式通風(fēng)極限流量比等，并對(duì)吹吸通風(fēng)過程中的節(jié)能策略提供了解決對(duì)策。

吹吸通風(fēng)控制系統(tǒng)；極限流量比；有害物質(zhì)

污染性工業(yè)企業(yè)在實(shí)際的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中必須重視污染物質(zhì)量問題，污染氣體質(zhì)量成為關(guān)鍵，及時(shí)清理室內(nèi)污染物，采用科學(xué)的通風(fēng)方法能夠有效清除污染性物質(zhì)，從而優(yōu)化場(chǎng)內(nèi)環(huán)境，打造出一個(gè)健康、良好的生產(chǎn)環(huán)境，維護(hù)環(huán)境安全，保證環(huán)境質(zhì)量。通風(fēng)按照其規(guī)模大小有全面和局部之分，也就是包括全面通風(fēng)和局部通風(fēng)。前者又叫做稀釋通風(fēng)，展開說就是對(duì)空氣進(jìn)行凈化，擴(kuò)大空氣流動(dòng)速度，從而稀釋、擴(kuò)散污染物，降低污染濃度，最終達(dá)到控制污染，保持空氣清潔的目的。一般來說，同全面通風(fēng)相比，局部通風(fēng)更受推崇，因?yàn)槿嫱L(fēng)由于氣流流動(dòng)面積較大，需要更多的能量支持，加劇了能量消耗。相反，局部通風(fēng)則由于通風(fēng)面積有效，屬于氣流的局部流動(dòng)，控制了污染物對(duì)局部地區(qū)的腐蝕，有利于打造出優(yōu)良的環(huán)境空間。

1 送風(fēng)室內(nèi)污染物動(dòng)力特征

空氣中的有害物質(zhì)，例如：粉塵、蒸氣等影響人身健康，其自身無法運(yùn)動(dòng)，而是要借助空氣來流動(dòng)。要想控制這些有害物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，就要從控制空氣運(yùn)動(dòng)入手。

1.1 微粒物質(zhì)的沉積

專業(yè)研究人員經(jīng)過不斷地研究、更新，最終提出了送風(fēng)室平面上微粒沉積量的計(jì)算公式：

此公式將氣流速度、微粒密度等納入了考慮范圍，經(jīng)過反復(fù)修正得出了上述公式。

1.2 微粒的遷移

當(dāng)微粒沉降到室內(nèi)各個(gè)角落的表層，在流動(dòng)性空氣作用下會(huì)流動(dòng)起來，出現(xiàn)懸浮運(yùn)行，遇到渦流時(shí)，其將進(jìn)一步流動(dòng)、轉(zhuǎn)移，帶來不良危害。參照相關(guān)研究得出，當(dāng)空氣流動(dòng)速度大于3Uc時(shí)，室內(nèi)微粒將懸浮流動(dòng)。

1.3 平行氣流內(nèi)點(diǎn)源的污染包絡(luò)線

平行氣流內(nèi)存在點(diǎn)源，具體如圖1～2所示。

圖1 平行氣流點(diǎn)源

圖2 點(diǎn)源污染包絡(luò)線

如果是室內(nèi)條件，其流場(chǎng)則為平行氣流場(chǎng)與點(diǎn)源流場(chǎng)的疊加，對(duì)應(yīng)計(jì)算出平行流場(chǎng)、點(diǎn)源流場(chǎng)、疊加流場(chǎng)等的流函數(shù)計(jì)算公式分別為：，對(duì)應(yīng)的疊加流場(chǎng)

如果污染性氣體與送風(fēng)空氣處于相同的流動(dòng)條件下，保持同樣速率時(shí)，z軸方向的污染物的流動(dòng)將受到控制，被卡在a這一駐點(diǎn)，除此之外的各方向污染性氣體也會(huì)遭到控制，被卡在b、c兩點(diǎn)。忽略氣體擴(kuò)散等因素，a/b/c將成為其污染物流動(dòng)的界線，將其稱之為污染包絡(luò)線。污染源通常有特定的尺寸，假設(shè)其為圓球形，其半徑為r，運(yùn)行速度為：v，根據(jù)前人研究能夠推導(dǎo)出污染包絡(luò)線運(yùn)行軌跡的計(jì)算方法：

因?yàn)棣冉堑姆较虿灰?，速度?chǎng)對(duì)應(yīng)也會(huì)存在差異，處于非均勻狀態(tài)，所以，有必要對(duì)θ角設(shè)定修正系數(shù)，具體表達(dá)形式為：（1-cosθ）-1.5

污染包絡(luò)線能夠有效控制塵源，其中存在兩個(gè)主要的速度值，具體為：氣流速度v與送風(fēng)速度v∞，二者間會(huì)形成一個(gè)比例關(guān)系，同污染半徑之間也存在一定的關(guān)系，具體為：v/v∞=2500/32.5r2

2 自由射流運(yùn)動(dòng)的分析

自由射流簡(jiǎn)單說就是氣流的自由排射，氣流自管道一端口，經(jīng)容器、管道中的縫隙、洞孔等向四外空間噴射，其中來自于吹吸通風(fēng)系統(tǒng)噴口處的氣流具有自由、靈活特點(diǎn)，更重要的是其形狀、形態(tài)具有可塑性，會(huì)慢慢發(fā)生變化。當(dāng)噴口長(zhǎng)度與寬度之間的比例較小時(shí)，通常長(zhǎng)邊界的氣流散出速度更快，射流的形狀也會(huì)慢慢變?yōu)閳A形。因?yàn)樯淞鲗儆谖闪鳎渚哂袡M向脈動(dòng)，容易同四周的介質(zhì)間進(jìn)行質(zhì)量與動(dòng)量等的交換，從而促進(jìn)四周介質(zhì)的流動(dòng)，從而導(dǎo)致射流的質(zhì)量流量以及橫斷面流動(dòng)方向等持續(xù)上升，最終打造出一個(gè)朝四周拓展的流場(chǎng)。

流量 Q/Q0=4.4（as/d0+0.147）

式中：Q0代表噴口斷面流量。

3 吹吸式通風(fēng)極限流量比

吹吸通風(fēng)技術(shù)要想有效發(fā)揮作用，就必須確保具有層流。送風(fēng)射流的實(shí)際流動(dòng)狀態(tài)，根據(jù)相關(guān)判斷分析，定位紊流，對(duì)此能夠判斷得出，此處的層流送風(fēng)，并非流體力學(xué)中所要求的層流，二者屬于不同的性質(zhì)。

所謂的“層流送風(fēng)”主要指的是紊流的置換流，實(shí)際的流體力學(xué)體系將此流態(tài)定為平行流。要想讓空氣流動(dòng)處于平衡狀態(tài)，最關(guān)鍵是要確保各個(gè)吹風(fēng)口的風(fēng)力速度的平衡性、勻稱性，同時(shí)，也要盡全力控制空氣流動(dòng)的速度。由于來自于吹風(fēng)口的氣體，具有一定速度，能夠席卷位于其附近的二次氣流，從而造成射流空氣流量的持續(xù)上升。因此，要對(duì)吸氣口做出調(diào)整，確保其抽氣量的最小值達(dá)到一定的數(shù)值，至少為原始空氣和二次空氣的相加的數(shù)值。

氣體的進(jìn)入與噴出是一對(duì)相反的過程，二者間會(huì)相互制約，這兩股氣流能夠彼此作用、同步配合，具體的作用模式如圖3所示。

圖3 吹氣與吸氣的作用圖

通過觀察上圖能夠看到，吹氣、吸氣過程中，假設(shè)能夠排除一切干擾性因素、外界氣流等的擾亂，Q1，Q2，Q3之間就會(huì)形成特殊關(guān)系，前兩者之和等于Q3，用公式表示：Q3=Q1（1+Q2/Q1），如果Q1隨著氣體流動(dòng)帶走，那么Q2與Q1間的比例關(guān)系就用Kb表示。

Q1/Q2/Q3各自分別代表：吹風(fēng)量，卷吸風(fēng)量，排風(fēng)量，其單位均為：m3/s

參照前人研究得出：如果b2/b1的數(shù)值處于（0.5，10）區(qū)間，Kb會(huì)保持穩(wěn)定狀態(tài)。

相反，如果F2/b1的值小于5，則意味著Kb會(huì)逐漸變大，將影響正常排氣。如何吹氣、吸氣二者間有著一定的距離，且此距離不斷增大，Kb也會(huì)對(duì)應(yīng)上升。

式中：b1-吹出口寬度；b2-吸入口寬度；F2-吸入緣的總寬度；H-吸入口和吹出口間的距離，單位為：m。

然而，Kb這一公式的應(yīng)用也要具備一定的前提條件，現(xiàn)實(shí)的操作過程中，當(dāng)干擾性氣體的流動(dòng)速度大于零時(shí)，Q2與Q1之間比例關(guān)系用KL表示，該關(guān)系量也叫做極限流量比，其中Q3和Q1之間會(huì)形成如下的關(guān)系：Q3=Q1（1+mKL）。此公式的應(yīng)用前提是在Q1處于正常狀態(tài)，未出現(xiàn)任何漏氣問題。要想有效控制生產(chǎn)成本，就需要確保吸氣口質(zhì)量達(dá)標(biāo)，不存在任何泄漏現(xiàn)象，而且要確保Q1和Q3之和達(dá)到一個(gè)最低值。

Q1與Q2之間的比值，KL和Kb二者之間也具有一定的關(guān)系。

4 總結(jié)

污染型工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)室內(nèi)，需要對(duì)污染包絡(luò)線進(jìn)行特殊管理，使其同人為呼吸之間保持一定距離，從而維護(hù)人類生命健康。要想達(dá)到這一目的，應(yīng)該采用局部通風(fēng)方法，具體應(yīng)該參照射流流速的特點(diǎn)、變化規(guī)律、污染氣體的流動(dòng)速度等來操作控制。

同時(shí)，吹氣系統(tǒng)、吸氣系統(tǒng)等各個(gè)風(fēng)口的氣流流動(dòng)速度必須達(dá)到均勻、平衡的狀態(tài)，而且要維持層流，并要盡全力控制氣體流動(dòng)的速度，要想達(dá)到成本控制、能源節(jié)約的目的，就要加強(qiáng)吸氣口的保護(hù)，防止其出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，同時(shí)要控制吹氣量與排氣量之和的數(shù)值，使其達(dá)到最小。

總體來看，局部通風(fēng)受到了工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的青睞，將其利用與室內(nèi)污染物治理工作中，取得了良好成效。局部通風(fēng)目前也成為工業(yè)企業(yè)通風(fēng)系統(tǒng)發(fā)展的一大方向。

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