平行流送风对侧吸排风罩烟气捕集效率的提升

在实际工程中,由于排风罩直接与除尘系统相连接,排风罩的大小及流量一经确定后不易更改,且当实际排风量相比设计排风量小很多时,采用传统的设计方法很难得到最优设计参数。因此,如何在排风罩形式及流量确定的情况下合理设计送风口的大小及流量具有很强的现实意义。采用数值模拟的方法,对比研究了不同形式的侧吸排风罩对高温烟气的捕集情况,在此基础上增加送风口,在保证排风流量不变的情况下,对比了不同送风流量对烟气控制效果的影响特性。此外,研究了不同送风末端装置下污染物的捕集效果。结果显示:1）相较于一般侧吸排风罩,采用移动式侧吸排风罩和旋转开闭侧吸排风罩可在一定程度上提高高温烟气的捕集效率,捕集效率最大可提高53%。2）对于通风系统的排风流量确定的情况下,应保证送风气流能将污染物有效输送至排风口处,调整送排风流量比,确定排风量受限情况下最佳送排风流量比,实现烟气捕集效率的提升。3）增设平行流送风装置可最大程度提高送风气流均匀度,从而提高排风罩的烟气捕集效率。研究结论可对实际吹吸式通风装置的改造及设计提供参考。     

条缝型空气幕对抽油烟机污染控制的辅助作用

运用数值模拟和实验测试方法,研究了住宅厨房在油烟机和送风气幕作用下的气流流动、温度分布和污染物扩散机理,并通过CFD数值计算对比分析了射速在0~5m/s范围的空气幕对厨房污染物扩散的影响.结果表明,单独使用抽油烟机作为厨房排风系统无法有效地将烹饪产生的油烟快速排向室外.空气幕作为补风装置应用在厨房通风系统不仅可以降低厨房空气温度,提高人体热舒适,而且能合理组织气流流动,降低厨房污染物浓度.然而,当油烟机排风量一定时,空气幕射速并非与油烟机捕集效率成正比,而是存在着最佳设计风速,排风速率为5m/s的最佳空气幕射速为0.6m/s.当通过增加油烟机排风量来提高捕集效率时,应根据不同的排风量确认对应的空气幕射速.     

外科手术室污染控制的数值模拟分析

就变化风速的送风口所产生的气流流型对外科手术室内的细菌浓度和人体热舒适的影响进行了数值模拟分析。研究表明,与通常采用的均匀风速的送风口相比,变化风速的送风口对于降低手术室工作区细菌浓度,防止病人手术切口及手术器械等被回风气流携带的浮游细菌再次感染,以及减少手术室的送风量等方面具有明显的优点。     

旋转射流作用下吸气流动的特性研究

通过试验对旋转射流作用下吸气流动进行了较全面的研究,研究内容包括临界送风速度、最佳喷口宽度及吸气流场特性等。结果表明:旋转射流作用下吸气流动存在一个临界送风速度,且其与排风量、喷口宽度及射流轴向倾角等因素有关;存在一个临界吹吸比为最小值所对应的最佳喷口宽度;旋转射流屏蔽作用下的抽吸流场具有中部压力较低和提高抽吸能力的作用;旋转射流作用下吸气流动不仅能有效地控制有害物扩散,而且可以实现远距离捕集有害物及以较小的排风量排放有害物。     

药型罩参数对聚能射流水下运动的影响

目的 研究药型罩结构参数对所形成的聚能射流在水中运动的影响,改进水中聚能射流的运动特性。方法 采用多物质单元ALE法就锥形罩射流对水介质的侵彻进行数值模拟,分析锥形装药结构中药型罩锥角和厚度对所形成的聚能射流侵彻水时运动参数的影响。结果 锥形罩锥角大小及药型罩厚度对聚能射流在水中的形状、射流速度、加速度等有着明显的影响。侵彻体进入水中10 cm后,药型罩的锥角从30°增加到150°的过程中,剩余速度先增大、后减小,在90°时达到最高。药型罩厚度为1.5～4mm时,剩余速度变化起伏小;厚度为4～6 mm时,剩余速度开始大幅下降。结论 当锥角为90°时,罩厚为4 mm的药型罩所形成的射流在水中表现最好,形成的射流侵彻深度最长,侵彻水介质10 cm后的剩余速度最大,存速能力最强。     

袋式除尘器在线清灰流场分布的研究

采用流体动力学CFD软件Fluent,通过调节滤袋渗透率和粉尘厚度模拟清灰前后表面粉尘负荷的差异性,对袋式除尘器在线清灰条件下的流场进行数值模拟分析,给出不同清灰条件下花板平面气流速度分布图,得出滤袋清灰前由于表面粉尘负荷的影响,气流分布比较均匀;清灰时,被清灰滤袋透气性的增强,过滤风速明显提高,其瞬间气流冲击是造成滤袋破损的主要原因。将模拟结果与实际工程运行情况进行对比,分析了其可靠性,为袋式除尘器的改进和设计提供了理论参考。     

南京市重点工业源对城市空气质量影响的数值模拟

运用南京大学空气质量数值预报系统,对2005年1月6─7日南京典型天气条件形成的污染过程进行数值模拟,计算分析了重污染发生时的城市污染气象环境和影响因子,同时针对该城市重点工业源区对城市主要空气污染物浓度分布的贡献做了分析.结果表明:重污染状况发生在长时间逆温条件下,尤以6日23:00—7日04:00时逆温最强(强度可达1.25　℃/hm,逆温层厚200　m),此时风速较小,同时在市区出现较强的气流辐合,在这种气象条件下, NO₂,SO₂和PM₁₀的质量浓度最高.南京市相对封闭的宁镇丘陵地形以及受东郊紫金山的影响,也是造成主城区重污染的重要影响因子之一.南京市城北工业区与主城区毗邻而且污染物排放量较大,在冬季主导风向为东北风时对主城区污染物的浓度具有显著贡献.      

环境实验室温度均匀性的数值分析研究

目的研究送风参数及围护结构对飞机结构及机构环境条件下功能性和耐久性实验室温度均匀性的影响。方法采用CFD方法对实验室的气流组织进行数值模拟,根据气流组织评价标准对工作区的温度均匀性进行分析。结果送风温差越大、送风速度越小温度场均匀性越差,保温层较厚时,温差过大将导致工作区温度分布达不到设计要求。结论相同温差下,减少送风口数量并提高单个送风口的送风速度有助于提高温度均匀性。     

回转反吹袋式除尘器袋内的反吹流场

为了描述反吹风条件下回转反吹袋式除尘器袋内气流的流动规律,应用不可压缩粘性气体流动能量方程,对反吹风时形成的袋内气流流场进行了理论分析,得到了袋内气流轴向风速和径向反吹风速的计算公式.通过对直径为100mm、长6000mm的滤袋模型实际轴向风速的测定,表明实测结果与理论计算值吻合较好.根据对袋内径向反吹风速分布的分析,提出较好保证径向反吹风速均匀分布的临界滤袋长径比值,为合理确定滤袋尺寸提供了依据.     

一种新型旋风气幕式排风罩数值模拟研究

利用Fluent计算流体力学软件对新型旋风气幕式排风罩工作流场及有害物分布进行了数值模拟,并与传统排风罩进行了对比。结果表明:旋转射流屏蔽作用下的抽吸流场具有中部压力较低和提高抽吸能力的作用;新型旋风气幕式排风罩不仅能有效地控制有害物扩散,而且可以实现远距离捕集有害物及以较小的排风速度排放有害物。     

隧道口紧急救援站主洞与平导隧道协同送风方案研究

以某隧道口紧急救援站为实际工程背景,提出一种适用于隧道口紧急救援站的隧道主洞与平导隧道协同送风方案,利用FDS数值模拟软件对隧道主洞和平导隧道不同协同送风条件下隧道主洞洞口处和平导隧道内横通道各防护门处防烟风速的变化规律进行数值模拟研究,并确定了隧道主洞与平导隧道协同送风的最优防烟通风方案。结果表明：随着距平导隧道洞口的距离由160 m减小至20 m,横通道各防护门处防烟有效风量之和与射流风机送风量的比例由1.85增大至2.21;当平导隧道内射流风机集中送风量大于或等于29.9 m³/s,射流风机距邻近横通道的距离大于或等于140 m时,6处疏散通道防护门处防烟风速均大于2 m/s;确定了射流风机距邻近横通道的距离为140 m、平导隧道内射流风机送风量为29.9 m³/s、隧道主洞送风风速为2 m/s是隧道主洞与平导隧道协同送风的最优防烟通风方案。     

组合袋式除尘器的内部流场模拟

采用CFD数值模拟方法对4种边界条件下组合袋式除尘器内的气流分布规律进行了研究,获取了在高负压、高入口风速条件下,导流板的设置与否及进出风口的相对角度对除尘器内部气流分布的影响规律。结果表明:滤袋下部设置导流板不仅可避免活性炭颗粒冲击滤袋,也进一步提升了滤袋的过滤性能;进风口与出风口相对角度为90°时,该除尘器的过滤效果较优;进风口处的入口射流效应使得靠近除尘器边缘处滤袋的过滤效果优于远离除尘器边缘处的效果。以上研究结果可为进一步优化组合袋式除尘器结构提供参考。     

高炉出铁场高温烟尘扩散与捕集特性模拟

高炉出铁场在出铁过程中产生的高温烟尘污染范围广、时间长、阵发性强。高温铁水上方的气流运动为热羽流,受通风气流影响极大,现有除尘罩设计方法无法有效解决高温烟尘的污染问题。针对我国中小型高炉出铁场厂房形式及出铁特点,建立了出铁场厂房内的两相流动模型及高温烟尘扩散与捕集过程的数值模拟方法。模拟发现,高炉前方的气流上升速度先增加后减小,形成了典型的受限空间热羽流。由于出铁口除尘罩与高炉间存在间隙,在抽吸作用下,底部气流在高炉壁面产生向上的高速气流,使除尘罩对高炉间的气流不具有捕集作用。因屋顶通风量较自然通风少2/3,在仅设屋顶通风除尘时,带走的热量减少,使厂房内温度整体偏高。加设出铁口除尘罩后,厂房整体温度明显降低。出铁口除尘罩对颗粒物的整体捕集率可以达到89.66%,但主沟前方颗粒物大量逃逸,捕集率仅为47.71%,铁水沟后方释放的颗粒物距除尘罩较远,捕集率为86.34%,造成的污染范围较大,是目前出铁场作业环境质量不达标的主要原因。     

流场特性对PAC-UF中膜面PAC层不均匀性的影响

基于数值模拟的方法研究了各工艺条件下粉末活性炭-超滤(PAC-UF)系统的流场特性,评估反应器内流场速度和剪切力对膜面PAC滤饼层不均匀性的影响。模拟结果表明,随着PAC投加量由200 mg/L增至400 mg/L、转速由60 r/min增至150 r/min、膜组件高度由3.25 cm增至8.25 cm,膜组件两端剪切力差值分别增长了9.55%、234.51%、76.19%。反应器内不均匀分布的流场速度造成了膜组件轴向剪切力的明显差异,而该差异对膜面形成下薄上厚的不均匀PAC滤饼层产生重要影响;膜丝轴向剪切力差异性越大,形成的膜面PAC层下薄上厚现象越明显。采用三维电磁测速仪对数值模拟结果进行实验验证,得到反应器内流场速度实验值与模拟值吻合程度良好,印证了数值模拟方法的准确性。     

露天料场防风抑尘网作用效果数值模拟研究

对某露天料场在常年主导风速的情况下,数值模拟分析了其在有无防风抑尘网及不同网高条件下的工况。结果表明,防风抑尘网对风流导致的粉尘扩散有良好的控制作用,在网高约为料堆高度1.1~1.3倍时,综合效果最佳。     

植被下垫面Z0的估算及其改进影响评估

利用卫星遥感反演数据和多种观测资料,基于形态学-遥感反演的方法,估算我国主要植被下垫面的空气动力学粗糙度长度(Z₀),将其应用于区域大气化学模式(WRF-Chem)中改进模式默认Z₀值,并结合全国气象和污染物观测数据进行改进效果评估,探究Z₀改进对模式气象场和化学场模拟结果的影响.结果表明:(1)Z₀高值主要位于森林类下垫面,可超过1m;农田、草地类下垫面Z₀值较小,低于0.5m,其余植被下垫面的Z₀值基本介于两者之间.(2)Z₀改进后,10m风速(WS10)和地表温度(TSK)的改进效果较好,而2m温度(T2)和相对湿度(RH)的改进效果不明显;从空间分布和不同下垫面结果来看,Z₀对TSK主要是增温作用,对WS10是减小作用;就改进比(各要素改进后的模拟值与改进前的模拟值之差比上改进前的模拟值,下同)而言,Z₀改进对WS10的影响大于TSK.从对污染物浓度效果评估看,Z₀对PM_2.5和PM₁₀模拟改进效果较好,对其它污染物(SO₂、NO₂、O₃)的改进效果不明显.(3)对比气象要素和污染物浓度效果评估可知,Z₀改进对气象要素的影响大于污染物浓度,其主要是通过影响气象场来间接影响污染物浓度.总的来看,Z₀改进影响最大的是气象场的10m风速,考虑其原因在于改进后的Z₀普遍高于改进前模式默认Z₀值,而Z₀是表征地表粗糙度的变量,由于地表粗糙度的增加,增强了对气流的阻碍作用,使得近地层风速减小.     

建筑间距对大气流动及输移特性影响的模拟研究

采用修正的k-ε湍流模型对不同建筑间距情况下的大气流场、污染物浓度场进行模拟研究。模拟研究结果表明,气流遇到建筑物发生绕流,风速为3m/s的气流在建筑物附近的最大抬升速度达到1.98m/s,气流绕过建筑物后湍动能增强,建筑物后污染物的扩散区域变大;建筑物的布局对气流流动和污染物浓度分布有着很大影响,在不同建筑间距情况下,建筑物尾流区的流场形态有着明显的不同,尾流区内污染物的分布也存在差别。研究结果对认识多个建筑物附近的气流和污染物分布有重要意义。     

洲际传输对我国对流层臭氧影响的数值模拟

采用MOZART-4模式并引入在线源追踪方法量化分析北美和欧洲对我国对流层臭氧（O₃）的贡献,整体来说模拟值能较好地与观测值对应.结果表明,北美和欧洲对流层对我国近地层O₃贡献较低,夏季体积分数分别为0.3×10^-9和0.6×10^-9;冬季略高,均为0.9×10^-9.北美对我国自由对流层O₃贡献较高,不同季节体积分数峰值均超过3.8×10^-9,而欧洲对我国自由对流层的贡献在夏季最高可达7.3×10^-9.呈现以上特征的原因是虽然冬季弱光照条件不利于O₃生成,但东亚的下沉气流能增加北美和欧洲对我国近地层O₃的贡献;夏季北美和欧洲对流层内O₃的生成量大幅增加,但地中海沿岸的下沉气流能减少北美和欧洲大陆西岸对中国O₃的贡献而对欧洲整体影响较弱.此外中国地表的上升气流也会减少北美和欧洲对中国近地层O₃的贡献.HYSPLIT模拟的输送路径表明冬季由于下沉气流的影响,北美近地层气团难以传输至我国,而自由对流层有13条轨迹到达我国;此时欧洲在东亚下沉气流作用下不同高度均有较多轨迹到达我国.夏季受地中海下沉气流影响北美没有到达中国的轨迹,欧洲到达我国的轨迹同样为一年中最少.     

浮射流上方排风罩的捕集效率分析及优化设计

局部排风罩是控制工业建筑中浮射流携带的污染物的最有效手段,但由于建筑内部结构或者工艺条件限制造成罩口尺寸小于污染源尺寸,导致排风罩的控制效果降低。针对该问题,采用数值分析方法研究了浮射流在空间受限条件下流场的变化规律,提出了比增大排风量提高捕集效率更加节能的方法,给出了在排风罩吸气作用下挡板对捕集效率的影响规律。研究发现:合理地设置挡板可使排风罩的捕集效率大幅提高,并且捕集效率随无因次挡板长度增加而增大,同时挡板的作用可以减小由排风罩高度增加所产生捕集效率降低趋势的影响。     

深圳市夏季臭氧污染研究

以2009年8月为例分析了深圳市夏季臭氧污染情况及污染气象特征,基于二维空气质量模式对臭氧污染控制进行数值模拟. 结果表明:深圳市８月各监测点均存在臭氧超标现象,污染形势严峻;副热带高压控制和热带气旋外围下沉气流是造成夏季出现高浓度臭氧的主要天气过程,此时大气边界层混合层高度在500～800 m,且近地面风速约在5 ms以内,不利于污染物扩散;臭氧的生成受前体物挥发性有机物(VOC)和氮氧化物(NO_x)排放的共同影响,其中VOC排放的影响较大,深圳市臭氧控制应以降低VOC排放量为重点,模拟得出对VOC和NO_x按25∶1～40∶1的比例协同减排可有效降低臭氧污染.