焊接工艺多源散发的高温颗粒污染物扩散特性数值模拟

为探究热工艺过程产生的热气流作用下颗粒的迁移规律,基于气固两相离散粒子模型(DPM)对多源浮射流伴生的高温颗粒的扩散特性进行了数值研究,讨论了两相流运动过程中热气流与颗粒群的温度和速度的瞬时变化情况.结果表明,对于473K£T₀£673K的高温颗粒群,温度衰减趋势类似,颗粒群温度分布呈中心对称;当5μm£d_p£20μm时,颗粒与气流之间的跟随性随着粒径的增大而降低;热羽流随时间经历了独立发展和相互合并的过程,羽流之间涡旋结构的消失导致中心位污染源散发的d_p=10μm的颗粒更容易发生沉降.     

锻铸车间焊接区与切割区金属粉尘的微观特征

工业车间粉尘易诱发工人多种职业病.以锻铸车间产生的金属粉尘为研究对象,利用电子显微镜(SEM)、激光粒度仪、X射线能谱仪(EDS)分别对车间内焊接区和切割区金属粉尘的形貌、粒度特征及元素组成进行了表征和分析.结果表明,车间内不同工艺区域产生粉尘的表面形态、粒度特征、成分组成都存在较大差异.与切割区粉尘相比,焊接区粉尘比表面积大,因而表面形貌更为粗糙且更易吸附有害物质;焊接粉尘粒径范围在0.4～2.3 μm,切割粉尘粒径更细,在0.4 μm以下;焊接区粉尘所含元素种类多于切割区粉尘,且含有致癌风险的金属元素.研究结果可为锻铸车间不同作业场所工人的个人防护及通风除尘系统设计提供理论支撑.     

偏转角影响磁纤维捕集Fe基细颗粒的数值模拟

为了研究磁性纤维对钢铁行业细颗粒物的控制效果,基于计算流体力学-离散相模型（CFD-DPM）对高梯度磁场中含尘气流方向与背景磁场方向夹角（偏转角）分别为0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°时磁性单纤维捕集Fe基细颗粒进行数值模拟.分别研究高梯度磁场作用下颗粒粒径、入口风速、磁场强度对颗粒运动轨迹和捕集效率的影响.结果表明：高梯度磁场中偏转角影响磁性纤维捕集区域的位置,当角度为0°时,在纤维正对含尘气流方向区域形成颗粒捕集区,背风侧形成较大空腔;当角度为90°时,在沿气流方向纤维两侧形成面积相等的捕集区域.偏转角对小颗粒捕集效率的影响较小,当角度为0°时,对于0.5μm的颗粒捕集效率为4.1%,当角度为90°时捕集效率为3.9%.随着粒径的增大,捕集效率的增长速率先减小后增大,对于不同粒径的颗粒,当角度为0°时捕集效率最高.当风速在0.02~0.04m/s范围时,随着角度从0°增加到90°,捕集效率先降低,在45°附近达到最小值,然后升高.磁场强度的增加有利于提高捕集效率,但不同角度时的增长速率有所不同.当偏转角为0°和60°时,背景磁场强度为0.1~0.3T范围时增长速率明显大于0.3~0.9T范围内,而当偏转角为30°和90°时,背景磁场强度为0.1~0.5T范围时增长速率高于0.5~0.9T时的增长速率.     

可吸入颗粒物在不同阻塞性呼吸道内运动与沉积特性

为弄清颗粒污染物在慢性阻塞性肺病工人呼吸道内运动和沉积规律,采用数值方法讨论了2类阻塞性呼吸道内气固流动特性,分析了阻塞率（α）、阻塞位置、劳动强度等因数对流场分布、颗粒沉积形式和沉积率的影响.结果表明,α越大,病人局部缺氧越严重,当α=0.8时,相对缺氧率可达90%以上;劳动强度越强或受阻塞位置越深,病人发生哮喘的可能性愈高.呼吸道变形不会改变颗粒的沉积机制,但对其沉积形式有显著影响.α增大,劳动强度增强,粒径变大,均会导致颗粒沉积分布不对称性提高,且下呼吸道粒子沉积分布对称性更好.此外,呼吸道变形使总沉降率（η_t）减小,且α越大,η_t越小.发现对于低劳动强度,下呼吸道或者d_p>5μm的大颗粒,α对η_t影响要更为显著.     

工艺非球形颗粒在呼吸道内沉积的动力学特性

为探明铸造车间内非球形颗粒在工人呼吸道内沉积的动力学特性,借助电镜扫描获得粉尘颗粒的微观形貌,通过数值模拟方法分析5种形状颗粒在G3～G6及G9～G12呼吸道内运动规律,并讨论颗粒形状、呼吸量、颗粒粒径对其沉积分布的影响.结果表明,颗粒的形状因子φ越大、粒径越大、呼气量越大,非球形颗粒在呼吸道内沉积率η_t越高;φ越小,非球形颗粒在G3～G6呼吸道内沉积分布越分散,在G9～G12呼吸道内则相反;非球形颗粒在G3～G6呼吸道内主要因惯性碰撞发生沉积,φ越小的颗粒受到的曳力作用越强,不同形状颗粒间沉积率差异明显胜于其在G9～G12呼吸道,局部沉积率差异更是超过了30%.因此,形状因子小的非球形颗粒更易被输运至呼吸道较深的位置,对工人的健康威胁可能性更大.     

高梯度磁场提升单纤维捕集PM2.5性能的机理

以钢铁厂和有色金属行业排放的PM_2.5为研究对象,基于离散相模型DPM（Discrete Phase Model）,并加入UDF自定义编程,研究高梯度磁场下不同入口风速、颗粒粒径、外磁场强度、磁性纤维磁感应强度以及磁化率对捕集效率的影响,并结合颗粒运动轨迹和受力情况对其进行分析.结果表明：当0.5μm≤d_p≤2.5μm,v=0.1m/s时,利用高梯度磁场（H=0.1T,B=0.06T）可以使单纤维捕集PM_2.5的效率提高为原来的4.23倍,得出磁性纤维周围存在2个引力区和2个斥力区.同时,在高梯度磁场中磁性纤维对PM_2.5的捕集效率随入口风速呈先减小后趋于平稳的规律;而捕集效率随粉尘粒径呈先增大后减小的规律.当d_p=1.0μm时的捕集效率提升最大,无论是外磁场强度还是磁性纤维磁感应强度,磁性纤维对颗粒的捕集效率与场强都呈一次函数关系,效率增长率K_B>K_H;随着颗粒磁化率的增加,磁性纤维对颗粒的捕集呈现两段线性增长规律,前后两段效率增长率K₁>K₂.当颗粒经过高梯度磁场区域时,入口风速、粉尘粒径、场强对运动轨迹影响较大,而磁化率对运动轨迹影响较小.     

钢铁行业磁性纤维捕集非球形粉尘动力学研究

为研究非球形颗粒在磁场中被磁性纤维捕集的动力学行为,以钢铁行业炼钢过程中转炉和精炼炉中排放的转炉灰和精炼灰等两种粉尘为基础,利用形状系数计算公式得出的φ=0.21,0.78,0.81,1.00分别表示圆片形（厚度H=底面圆直径d/40）,椭球形（x轴赤道半径：y轴赤道半径：z轴极半径=a：b：c=1：1：4）,正方体形,球形颗粒,并对其进行研究.模拟结果表明,相同工况参数下,当形状系数接近时,捕集效率和运动轨迹与粉尘颗粒具体表现的形状特征无关.在传统单纤维捕集过程中,当入口风速v=0.1m/s,d_p>2.0μm时,形状系数相差越大,捕集效率差距越大.形状系数对颗粒被捕集影响程度大小与单纤维捕集效率增减呈正相关;在磁性纤维产生的磁场中v=0.1m/s,d_p>0.5μm时,形状系数相差越大,捕集效率差距越大.φ≥0.4时,捕集效率随形状系数的增加趋于稳定,形状系数对颗粒被捕集影响程度大小与单纤维捕集效率增减无关;在高梯度磁场中v=0.1m/s,d_p=1.0μm时,形状系数相差越大导致捕集效率之间差距越大的规律越明显.当v=0.1m/s,0.5μm≤d_p≤2.5μm时,形状系数对颗粒被捕集影响程度的大小与单纤维捕集效率增减呈正相关.