基于工廠的有害物質吹吸通風控制系統的原理分析

李文豪

（江門市職業病防治所 廣東江門 529000）

基于工廠的有害物質吹吸通風控制系統的原理分析

李文豪

（江門市職業病防治所 廣東江門 529000）

本文圍繞工廠有害物質通風控制系統的原理展開分析，首先分析了送風室內污染物動力特征，然后分析了自由射流的運動規律以及吹吸式通風極限流量比等，并對吹吸通風過程中的節能策略提供了解決對策。

吹吸通風控制系統；極限流量比；有害物質

污染性工業企業在實際的生產經營中必須重視污染物質量問題，污染氣體質量成為關鍵，及時清理室內污染物，采用科學的通風方法能夠有效清除污染性物質，從而優化場內環境，打造出一個健康、良好的生產環境，維護環境安全，保證環境質量。通風按照其規模大小有全面和局部之分，也就是包括全面通風和局部通風。前者又叫做稀釋通風，展開說就是對空氣進行凈化，擴大空氣流動速度，從而稀釋、擴散污染物，降低污染濃度，最終達到控制污染，保持空氣清潔的目的。一般來說，同全面通風相比，局部通風更受推崇，因為全面通風由于氣流流動面積較大，需要更多的能量支持，加劇了能量消耗。相反，局部通風則由于通風面積有效，屬于氣流的局部流動，控制了污染物對局部地區的腐蝕，有利于打造出優良的環境空間。

1 送風室內污染物動力特征

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

1.1 微粒物質的沉積

專業研究人員經過不斷地研究、更新，最終提出了送風室平面上微粒沉積量的計算公式：

此公式將氣流速度、微粒密度等納入了考慮范圍，經過反復修正得出了上述公式。

1.2 微粒的遷移

當微粒沉降到室內各個角落的表層，在流動性空氣作用下會流動起來，出現懸浮運行，遇到渦流時，其將進一步流動、轉移，帶來不良危害。參照相關研究得出，當空氣流動速度大于3Uc時，室內微粒將懸浮流動。

1.3 平行氣流內點源的污染包絡線

平行氣流內存在點源，具體如圖1～2所示。

圖1 平行氣流點源

圖2 點源污染包絡線

如果是室內條件，其流場則為平行氣流場與點源流場的疊加，對應計算出平行流場、點源流場、疊加流場等的流函數計算公式分別為：，對應的疊加流場

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

因為θ角的方向不一，速度場對應也會存在差異，處于非均勻狀態，所以，有必要對θ角設定修正系數，具體表達形式為：（1-cosθ）-1.5

污染包絡線能夠有效控制塵源，其中存在兩個主要的速度值，具體為：氣流速度v與送風速度v∞，二者間會形成一個比例關系，同污染半徑之間也存在一定的關系，具體為：v/v∞=2500/32.5r2

2 自由射流運動的分析

自由射流簡單說就是氣流的自由排射，氣流自管道一端口，經容器、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系統噴口處的氣流具有自由、靈活特點，更重要的是其形狀、形態具有可塑性，會慢慢發生變化。當噴口長度與寬度之間的比例較小時，通常長邊界的氣流散出速度更快，射流的形狀也會慢慢變為圓形。因為射流屬于紊流，其具有橫向脈動，容易同四周的介質間進行質量與動量等的交換，從而促進四周介質的流動，從而導致射流的質量流量以及橫斷面流動方向等持續上升，最終打造出一個朝四周拓展的流場。

流量 Q/Q0=4.4（as/d0+0.147）

式中：Q0代表噴口斷面流量。

3 吹吸式通風極限流量比

吹吸通風技術要想有效發揮作用，就必須確保具有層流。送風射流的實際流動狀態，根據相關判斷分析，定位紊流，對此能夠判斷得出，此處的層流送風，并非流體力學中所要求的層流，二者屬于不同的性質。

所謂的“層流送風”主要指的是紊流的置換流，實際的流體力學體系將此流態定為平行流。要想讓空氣流動處于平衡狀態，最關鍵是要確保各個吹風口的風力速度的平衡性、勻稱性，同時，也要盡全力控制空氣流動的速度。由于來自于吹風口的氣體，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上升。因此，要對吸氣口做出調整，確保其抽氣量的最小值達到一定的數值，至少為原始空氣和二次空氣的相加的數值。

氣體的進入與噴出是一對相反的過程，二者間會相互制約，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之間就會形成特殊關系，前兩者之和等于Q3，用公式表示：Q3=Q1（1+Q2/Q1），如果Q1隨著氣體流動帶走，那么Q2與Q1間的比例關系就用Kb表示。

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

參照前人研究得出：如果b2/b1的數值處于（0.5，10）區間，Kb會保持穩定狀態。

相反，如果F2/b1的值小于5，則意味著Kb會逐漸變大，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也會對應上升。

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這一公式的應用也要具備一定的前提條件，現實的操作過程中，當干擾性氣體的流動速度大于零時，Q2與Q1之間比例關系用KL表示，該關系量也叫做極限流量比，其中Q3和Q1之間會形成如下的關系：Q3=Q1（1+mKL）。此公式的應用前提是在Q1處于正常狀態，未出現任何漏氣問題。要想有效控制生產成本，就需要確保吸氣口質量達標，不存在任何泄漏現象，而且要確保Q1和Q3之和達到一個最低值。

Q1與Q2之間的比值，KL和Kb二者之間也具有一定的關系。

4 總結

污染型工業企業的生產室內，需要對污染包絡線進行特殊管理，使其同人為呼吸之間保持一定距離，從而維護人類生命健康。要想達到這一目的，應該采用局部通風方法，具體應該參照射流流速的特點、變化規律、污染氣體的流動速度等來操作控制。

同時，吹氣系統、吸氣系統等各個風口的氣流流動速度必須達到均勻、平衡的狀態，而且要維持層流，并要盡全力控制氣體流動的速度，要想達到成本控制、能源節約的目的，就要加強吸氣口的保護，防止其出現漏氣現象，同時要控制吹氣量與排氣量之和的數值，使其達到最小。

總體來看，局部通風受到了工業生產企業的青睞，將其利用與室內污染物治理工作中，取得了良好成效。局部通風目前也成為工業企業通風系統發展的一大方向。

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TU834.26

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2016-4-10