基于工业生产过程的粉尘逸散机制与通风控制设计原理及方法

Project title：Dust emission and controlling mechanism by ventilation based on the industrial handling process.. It is generally known that the harmfulness of industrial workshop dust can cause workers occupational diseases, such as respiratory infections and pneumoconiosis, etc. While exceeding concentration limits, it can cause explosive accidents. Dust from industrial workshops is also the main culprit of air pollution and smog weather in most parts of China. This project aims to explore the industrial workshop dust common mechanism in the process of dissipation, laws of movement and calculation method of dust bulk quantity; propose the principle and design method of high performance ventilation for industrial dust control including line source, surface source, volume source and their combined forms; improve industrial production and hygienic conditions. Therefore, this study is of significance with both engineering application and theoretical subject.. Through theoretical analysis, CFD simulation, laboratory tests, and a typical industrial plant field tests, it aims to:..-indentify the dust escaping mechanisms for various forms of industrial plants (line source, surface source, volume source and their combined forms);..-establish the calculation method of dust dispersion, concentration distribution and dust bulk quantity;..-determine the effects of airflow on dust pollution diffusion mechanisms and control theory;..-propose the principle and design method of high performance ventilation for controlling occupational hazards.

工业车间粉尘的危害性众所周知：导致作业人员发生呼吸道感染、尘肺病等严重职业性疾病；一旦浓度超限遇热引起剧烈爆炸性事故；也是我国大部分地区空气污染或雾霾天气的主要推手。本项目旨在探索车间工业粉尘逸散过程的共性机理、运动规律和散尘量计算方法，提出控制工业粉尘的高效通风设计原理与方法，改善工业生产卫生环境。因此，该项研究是一项具有重要工程应用意义和学术理论意义的课题。.本研究旨在通过理论解析、CFD模拟，试验室测试和典型工业厂房现场测试：.（1）查明工业厂房多种形态粉尘逸散机理；.（2）建立粉尘污染逸散、浓度分布及散尘量计算方法；.（3）确定通风气流对粉尘污染扩散影响机理及控制方法；.（4）提出防控粉尘职业性危害的高效通风设计原则与方法。

工业生产过程 (如水泥生产、化工制药、金属加工等)产生的粉尘会导致作业人员发生呼吸道感染、尘肺病等严重职业性疾病，甚至诱发爆炸。本项目通过理论解析、CFD数值模拟、试验室测试及典型工业厂房现场测试的手段：. （1）研究了多种形态工业粉尘不同运动过程（自由下落、贴壁下落及做抛体运动）的逸散机理及卷吸空气特性。结果表明，粉尘自由下落过程中，其卷吸空气速度随粉尘下落高度逐渐增大，且不同高度断面上卷吸空气速度分布呈现高斯分布。粉尘贴壁下落过程中，当卸料漏斗出口到壁面之间的距离s/d≤5时，其卷吸空气能够实现贴壁向下运动；当s/d＞5时，其卷吸空气流场特性趋近于自由下落过程；. （2）在考虑了粉尘初速度及料流核心区空隙率等因素的影响下，建立了工业粉尘自由下落过程卷吸空气流量的计算式，基于此，结合空气自由射流、贴壁射流理论，建立了工业粉尘贴壁下落过程卷吸空气流量的计算式，并将两个计算式与既有理论公式及数值模拟及实验结果进行了对比验证，吻合良好；. （3）以工业应用为背景，分析了横向气流对平抛运动及竖直下落运动粉尘污染扩散的影响机理，并针对此种粉尘逸散的控制方法，在研究范围内，提出了不同形式挡板（半圆型挡板，V型挡板及直板型挡板）及通风设计原则方法；. （4）研究了线性粉尘自由下落过程中的颗粒撞击水平和倾斜壁面的逸散特性，分析了撞击高度、倾斜角度和颗粒粒径等因素的影响。. （5）搭建了用于研究颗粒物在竖直织物表面上沉积特性的模型小室，实验研究了织物表面粗糙度及孔隙率对颗粒物沉积的影响。. （6）修正了Lai和Nazaroff沉积模型，对小室内光滑壁面和织物表面上的颗粒物沉积速度进行预测，与实验吻合较好。. （7）采用数值模拟方法研究了纱线间孔隙率、纱线截面形状、纱线表面粗糙度以及颗粒密度等因素对颗粒物沉积的影响。

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