基于工厂的有害物质吹吸通风控制系统的原理分析

李文豪

（江门市职业病防治所 广东江门 529000）

基于工厂的有害物质吹吸通风控制系统的原理分析

李文豪

（江门市职业病防治所 广东江门 529000）

本文围绕工厂有害物质通风控制系统的原理展开分析，首先分析了送风室内污染物动力特征，然后分析了自由射流的运动规律以及吹吸式通风极限流量比等，并对吹吸通风过程中的节能策略提供了解决对策。

吹吸通风控制系统；极限流量比；有害物质

污染性工业企业在实际的生产经营中必须重视污染物质量问题，污染气体质量成为关键，及时清理室内污染物，采用科学的通风方法能够有效清除污染性物质，从而优化场内环境，打造出一个健康、良好的生产环境，维护环境安全，保证环境质量。通风按照其规模大小有全面和局部之分，也就是包括全面通风和局部通风。前者又叫做稀释通风，展开说就是对空气进行净化，扩大空气流动速度，从而稀释、扩散污染物，降低污染浓度，最终达到控制污染，保持空气清洁的目的。一般来说，同全面通风相比，局部通风更受推崇，因为全面通风由于气流流动面积较大，需要更多的能量支持，加剧了能量消耗。相反，局部通风则由于通风面积有效，属于气流的局部流动，控制了污染物对局部地区的腐蚀，有利于打造出优良的环境空间。

1 送风室内污染物动力特征

空气中的有害物质，例如：粉尘、蒸气等影响人身健康，其自身无法运动，而是要借助空气来流动。要想控制这些有害物质的运动，就要从控制空气运动入手。

1.1 微粒物质的沉积

专业研究人员经过不断地研究、更新，最终提出了送风室平面上微粒沉积量的计算公式：

此公式将气流速度、微粒密度等纳入了考虑范围，经过反复修正得出了上述公式。

1.2 微粒的迁移

当微粒沉降到室内各个角落的表层，在流动性空气作用下会流动起来，出现悬浮运行，遇到涡流时，其将进一步流动、转移，带来不良危害。参照相关研究得出，当空气流动速度大于3Uc时，室内微粒将悬浮流动。

1.3 平行气流内点源的污染包络线

平行气流内存在点源，具体如图1～2所示。

图1 平行气流点源

图2 点源污染包络线

如果是室内条件，其流场则为平行气流场与点源流场的叠加，对应计算出平行流场、点源流场、叠加流场等的流函数计算公式分别为：，对应的叠加流场

如果污染性气体与送风空气处于相同的流动条件下，保持同样速率时，z轴方向的污染物的流动将受到控制，被卡在a这一驻点，除此之外的各方向污染性气体也会遭到控制，被卡在b、c两点。忽略气体扩散等因素，a/b/c将成为其污染物流动的界线，将其称之为污染包络线。污染源通常有特定的尺寸，假设其为圆球形，其半径为r，运行速度为：v，根据前人研究能够推导出污染包络线运行轨迹的计算方法：

因为θ角的方向不一，速度场对应也会存在差异，处于非均匀状态，所以，有必要对θ角设定修正系数，具体表达形式为：（1-cosθ）-1.5

污染包络线能够有效控制尘源，其中存在两个主要的速度值，具体为：气流速度v与送风速度v∞，二者间会形成一个比例关系，同污染半径之间也存在一定的关系，具体为：v/v∞=2500/32.5r2

2 自由射流运动的分析

自由射流简单说就是气流的自由排射，气流自管道一端口，经容器、管道中的缝隙、洞孔等向四外空间喷射，其中来自于吹吸通风系统喷口处的气流具有自由、灵活特点，更重要的是其形状、形态具有可塑性，会慢慢发生变化。当喷口长度与宽度之间的比例较小时，通常长边界的气流散出速度更快，射流的形状也会慢慢变为圆形。因为射流属于紊流，其具有横向脉动，容易同四周的介质间进行质量与动量等的交换，从而促进四周介质的流动，从而导致射流的质量流量以及横断面流动方向等持续上升，最终打造出一个朝四周拓展的流场。

流量 Q/Q0=4.4（as/d0+0.147）

式中：Q0代表喷口断面流量。

3 吹吸式通风极限流量比

吹吸通风技术要想有效发挥作用，就必须确保具有层流。送风射流的实际流动状态，根据相关判断分析，定位紊流，对此能够判断得出，此处的层流送风，并非流体力学中所要求的层流，二者属于不同的性质。

所谓的“层流送风”主要指的是紊流的置换流，实际的流体力学体系将此流态定为平行流。要想让空气流动处于平衡状态，最关键是要确保各个吹风口的风力速度的平衡性、匀称性，同时，也要尽全力控制空气流动的速度。由于来自于吹风口的气体，具有一定速度，能够席卷位于其附近的二次气流，从而造成射流空气流量的持续上升。因此，要对吸气口做出调整，确保其抽气量的最小值达到一定的数值，至少为原始空气和二次空气的相加的数值。

气体的进入与喷出是一对相反的过程，二者间会相互制约，这两股气流能够彼此作用、同步配合，具体的作用模式如图3所示。

图3 吹气与吸气的作用图

通过观察上图能够看到，吹气、吸气过程中，假设能够排除一切干扰性因素、外界气流等的扰乱，Q1，Q2，Q3之间就会形成特殊关系，前两者之和等于Q3，用公式表示：Q3=Q1（1+Q2/Q1），如果Q1随着气体流动带走，那么Q2与Q1间的比例关系就用Kb表示。

Q1/Q2/Q3各自分别代表：吹风量，卷吸风量，排风量，其单位均为：m3/s

参照前人研究得出：如果b2/b1的数值处于（0.5，10）区间，Kb会保持稳定状态。

相反，如果F2/b1的值小于5，则意味着Kb会逐渐变大，将影响正常排气。如何吹气、吸气二者间有着一定的距离，且此距离不断增大，Kb也会对应上升。

式中：b1-吹出口宽度；b2-吸入口宽度；F2-吸入缘的总宽度；H-吸入口和吹出口间的距离，单位为：m。

然而，Kb这一公式的应用也要具备一定的前提条件，现实的操作过程中，当干扰性气体的流动速度大于零时，Q2与Q1之间比例关系用KL表示，该关系量也叫做极限流量比，其中Q3和Q1之间会形成如下的关系：Q3=Q1（1+mKL）。此公式的应用前提是在Q1处于正常状态，未出现任何漏气问题。要想有效控制生产成本，就需要确保吸气口质量达标，不存在任何泄漏现象，而且要确保Q1和Q3之和达到一个最低值。

Q1与Q2之间的比值，KL和Kb二者之间也具有一定的关系。

4 总结

污染型工业企业的生产室内，需要对污染包络线进行特殊管理，使其同人为呼吸之间保持一定距离，从而维护人类生命健康。要想达到这一目的，应该采用局部通风方法，具体应该参照射流流速的特点、变化规律、污染气体的流动速度等来操作控制。

同时，吹气系统、吸气系统等各个风口的气流流动速度必须达到均匀、平衡的状态，而且要维持层流，并要尽全力控制气体流动的速度，要想达到成本控制、能源节约的目的，就要加强吸气口的保护，防止其出现漏气现象，同时要控制吹气量与排气量之和的数值，使其达到最小。

总体来看，局部通风受到了工业生产企业的青睐，将其利用与室内污染物治理工作中，取得了良好成效。局部通风目前也成为工业企业通风系统发展的一大方向。

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TU834.26

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2016-4-10