上吹上吸式排風(fēng)罩影響的數(shù)值模擬及試驗(yàn)研究

郭海豐 張沛文

沈陽(yáng)建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院（110168）

通風(fēng)是控制工作場(chǎng)所污染物的最有效果的辦法。通過(guò)有效的通風(fēng)，有害氣體、灰塵或蒸汽的濃度可以不超過(guò)被允許的最大濃度。我們的方案目的是在低能耗的情況下提高捕獲效率，達(dá)到更好的控制效果。

常規(guī)的排風(fēng)罩[1]只控制吸入氣流。封閉的排風(fēng)罩與半封閉的排風(fēng)罩都限制工藝流程，排氣效率很低。長(zhǎng)距離排氣要增大排氣量，相應(yīng)的設(shè)備投資和能耗也要增加，而根據(jù)工藝流程的要求，短距離排氣是無(wú)法完成的。為了提高吸氣流動(dòng)的控制能力，已有學(xué)者對(duì)帶法蘭的引擎蓋進(jìn)行了研究[2]，但效果并不理想。因此，人們會(huì)想起將射流與吸氣流相結(jié)合，形成一種新的控制氣流，可以有效地將空氣污染物轉(zhuǎn)移到操作者的呼吸區(qū)域，并在一定距離內(nèi)控制污染物的擴(kuò)散。因此，隨著不同的氣流控制，需要一些新的排風(fēng)罩，如旋風(fēng)幕排風(fēng)罩[3-5]、吹吸式排風(fēng)罩[6-7]和 Aaberg 排風(fēng)罩[8]。

旋風(fēng)幕排風(fēng)罩：采用人工旋風(fēng)排風(fēng)及除塵。人造龍卷風(fēng)在空中形成連續(xù)的旋轉(zhuǎn)氣流。該排風(fēng)罩具有可在遠(yuǎn)距離收集粉塵和有害氣體的優(yōu)點(diǎn)，并有很強(qiáng)的抗橫向氣流干擾能力。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，送風(fēng)柱的出現(xiàn)對(duì)工藝的操作存在限制。

吹吸式排風(fēng)罩：吹吸式排風(fēng)罩的外部氣流是在吹吸作用下形成的，氣流方向相同。吹入空氣輸送能力強(qiáng)，衰減速度慢，隔離能力強(qiáng)，而吸入空氣恰恰相反。該排風(fēng)罩具有遠(yuǎn)距離控制污染氣體、排放少、能耗低的特點(diǎn)。

Aaberg排風(fēng)罩：在吸入口增加一個(gè)噴嘴。將射流與吸氣流結(jié)合，形成射流作用下的吸氣流。這種氣流控制方法是由丹麥制造商c·p·Aaberg[8]首先提出的。在這種新型的可控氣流中，射流的作用與吹吸式排風(fēng)罩不同。射流垂直于吸氣流，甚至作用于吸氣流的相反方向。整個(gè)控制氣流以吸氣流為主。一方面射流起到屏蔽作用，使吸氣流控制在一定的空間內(nèi)；另一方面，射流的夾帶作用在吸氣區(qū)產(chǎn)生射流誘導(dǎo)流動(dòng)，并與吸嘴處的吸氣流結(jié)合形成Aaberg氣流。我們研究的排風(fēng)罩是一種新型的，它改變了Aaberg排風(fēng)罩的射流方向，改為由上到下。射流與吸氣流的結(jié)合形成了風(fēng)幕，也可以防止污染物向外擴(kuò)散。

文章主要研究了橫向氣流、條縫寬度和從吸塵口到污染源的距離對(duì)吸塵流速度場(chǎng)和上吹上吸排風(fēng)罩捕集效率的影響。研究?jī)?nèi)容包括以下部分：射流作用下橫向氣流對(duì)吸氣流動(dòng)影響的數(shù)值模擬研究；射流作用下條縫寬度對(duì)吸氣流影響的數(shù)值模擬研究；吸氣風(fēng)口到污染源的距離對(duì)射流作用下吸氣流動(dòng)影響的數(shù)值模擬研究；對(duì)射流作用下橫向氣流、條縫寬度、吸入口到灶臺(tái)的距離對(duì)吸氣流動(dòng)的影響進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。

這些新的排風(fēng)罩克服了傳統(tǒng)排風(fēng)罩的缺點(diǎn)，與傳統(tǒng)排風(fēng)罩也具有相似的特性。但細(xì)分析，吹吸式排風(fēng)罩具有相對(duì)豐富的國(guó)內(nèi)外研究成果和實(shí)際應(yīng)用，但也存在一些不足，空氣與吹吸氣流復(fù)合很容易被摧毀，不能達(dá)到理想的控制效果。Aaberg排風(fēng)罩具有獨(dú)特的特點(diǎn)，加強(qiáng)了吸氣流與徑向射流，雖然抽吸能力有一定程度的提高，但需要較大的供氣量，控制能力不理想。當(dāng)粉塵逸出速度或有害氣體懸浮速度較大時(shí)，吸力效率會(huì)大大降低。國(guó)內(nèi)外對(duì)二維條縫Aaberg型排風(fēng)罩有充分的研究，理論和試驗(yàn)都揭示了二維條縫型Aaberg排風(fēng)罩的氣流規(guī)律，可以準(zhǔn)確地描述氣流。國(guó)外提出了一種實(shí)用的三維槽型Aaberg排風(fēng)罩的設(shè)計(jì)方法，與二維條縫型Aaberg型排風(fēng)罩相比，上吹上吸式排風(fēng)罩的研究較少。上吹上吸式排風(fēng)罩結(jié)合了吹吸式吸風(fēng)罩和Aaberg排風(fēng)罩的優(yōu)點(diǎn)，克服了它們的缺點(diǎn)。上吹上吸式排風(fēng)罩氣流控制的理論和試驗(yàn)研究仍處于初級(jí)階段，其設(shè)計(jì)和運(yùn)行條件也處于積累階段。需要更準(zhǔn)確地描述它并有效地應(yīng)用它。

在設(shè)備設(shè)計(jì)、環(huán)境保護(hù)、自然資源的使用中，舒適和節(jié)能稱為基本主題，減少能源負(fù)載，成為未來(lái)建筑設(shè)計(jì)的方向。如何應(yīng)用新技術(shù)，提高設(shè)計(jì)水平成為建筑、暖通空調(diào)專業(yè)人員所面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。目前，對(duì)于我國(guó)眾多開(kāi)放型企業(yè)來(lái)說(shuō)，為了適應(yīng)日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，有必要將新技術(shù)和設(shè)備引入到企業(yè)的生產(chǎn)改造中，以降低能耗，提高產(chǎn)品的科技含量。在除塵通風(fēng)部分，有必要對(duì)原有的傳統(tǒng)局部排風(fēng)罩進(jìn)行改造。引進(jìn)和利用根據(jù)Aaberg效果原理設(shè)計(jì)的新型上吹上吸式排風(fēng)罩無(wú)疑是理想的選擇。

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和綜合實(shí)力的快速提高，人們的生活水平有了明顯的提高，更加重視生活質(zhì)量和室內(nèi)空氣質(zhì)量。廚房環(huán)境已經(jīng)成為一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，直接影響著廚房?jī)?nèi)操作者的健康。現(xiàn)代廚房在整體通風(fēng)的同時(shí)更應(yīng)加強(qiáng)局部通風(fēng)的措施。廚房的局部通風(fēng)在污染源(近廚房口)中盡量控制油煙等有害氣體的擴(kuò)散，直接將其及時(shí)封閉消除。

因此，有必要加快對(duì)新型上吹上吸排風(fēng)罩的研究，盡快將其應(yīng)用于實(shí)際。研究環(huán)境因素對(duì)上吹上吸式排風(fēng)罩吹吸流量的影響具有科學(xué)價(jià)值，研究結(jié)果可為今后奠定基礎(chǔ)，具有廣闊的應(yīng)用前景。