國(guó)家統(tǒng)計(jì)局調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,2010至2014年我國(guó)的工業(yè)建筑竣工總面積高達(dá)2.59×109 m2。在如此大規(guī)模的工業(yè)建筑中,工業(yè)廠房?jī)?nèi)部空氣環(huán)境的污染問(wèn)題十分嚴(yán)重。在某些工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,粉塵是主要的有害物形式,對(duì)工作環(huán)境、室外大氣環(huán)境和工人健康危害極大。中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部數(shù)據(jù)顯示,2009至2013年全國(guó)新發(fā)各類職業(yè)病共達(dá)129060例,其中塵肺病病例數(shù)均占80%以上。從行業(yè)分布看,職業(yè)病病例數(shù)列前幾位的行業(yè)依次為煤炭、鐵道、有色金屬和冶金。在某煉鋼廠轉(zhuǎn)爐車間現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研測(cè)試的粉塵濃度為13 mg/Nm3,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)工作場(chǎng)所空氣中允許的粉塵濃度限值8 mg/Nm3。由于煉鋼轉(zhuǎn)爐在冶煉期間,高溫含塵爐氣中大部分粉塵粒徑處于1.0μm以下,故可認(rèn)為高溫狀態(tài)下粉塵顆粒和高溫浮射流跟隨性較好,即認(rèn)為局部通風(fēng)系統(tǒng)控制了浮射流即控制了污染物,因而確定了本課題的研究對(duì)象為高溫浮射流。由以上數(shù)據(jù)資料可知,在工業(yè)建筑內(nèi)部營(yíng)造一個(gè)安全、健康、多產(chǎn)的工作環(huán)境是至關(guān)重要的,因而確定本課題的研究目標(biāo)為工業(yè)建筑中高溫浮射流作用下室內(nèi)環(huán)境控制特性。綜合利用理論推導(dǎo)分析、全尺寸實(shí)驗(yàn)、Fluent數(shù)值模擬和模型實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行研究:首先,建立了橢圓形浮羽流的計(jì)算公式,分析了浮射流出口形狀和壁面受限條件等因素影響作用下高溫浮射流的流場(chǎng)特性。然后,采用模型實(shí)驗(yàn)方法獲得傾斜橢圓形面浮射流與排風(fēng)罩耦合作用下流場(chǎng)規(guī)律特性,分析污染源的影響、不同因素對(duì)局部通風(fēng)系統(tǒng)污染物捕集效率的影響和全面通風(fēng)量的影響,并給出影響局部通風(fēng)系統(tǒng)中排風(fēng)罩性能的主要因素。最后,分析工業(yè)建筑內(nèi)局部通風(fēng)系統(tǒng)與全面通風(fēng)系統(tǒng)協(xié)同作用下的熱分層特性和室內(nèi)污染物分布特性來(lái)綜合評(píng)價(jià)室內(nèi)環(huán)境特性,提出針對(duì)非穩(wěn)態(tài)污染物控制效果的新評(píng)價(jià)指標(biāo)和針對(duì)既有工業(yè)廠房室內(nèi)環(huán)境新評(píng)價(jià)指標(biāo)。主要結(jié)論總結(jié)如下:(1)推導(dǎo)了橢圓形面熱源浮羽流的軸心速度公式、流量公式和軸心溫度公式,推導(dǎo)了圓形和矩形面熱源浮羽流的軸心過(guò)余溫度公式,進(jìn)而對(duì)比分析橢圓形、圓形和矩形面熱源浮羽流軸心速度和軸心溫度。此外,根據(jù)干空氣的密度和比熱容與溫度之間的分段函數(shù)表達(dá)式,將推導(dǎo)求得的橢圓形面熱源浮羽流的軸心速度公式和流量公式進(jìn)行相應(yīng)的分段表示。(2)平行流送風(fēng)口處阿基米德數(shù)反向作用規(guī)律表明平行流送風(fēng)口的紊流系數(shù)小于圓形送風(fēng)口的紊流系數(shù)。此外,確立了吹吸式通風(fēng)系統(tǒng)中平行流送風(fēng)口在距離送風(fēng)口不同位置處的熱射流的軌跡的半經(jīng)驗(yàn)公式(0.024Ar00.044)。(3)在不同環(huán)形射流寬度下徑向速度變化規(guī)律表明環(huán)形流動(dòng)朝著圓環(huán)的軸線處匯合,并在流動(dòng)下游區(qū)形成和圓形浮射流類似的速度變化圖。當(dāng)高溫環(huán)形浮射流的外、內(nèi)徑比小于5/2時(shí),不能將高溫環(huán)形浮射流簡(jiǎn)化為圓形浮射流處理。(4)產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)污染物的量大于臨界污染源流量,局部通風(fēng)系統(tǒng)的捕集效率存在急劇下降的風(fēng)險(xiǎn)。動(dòng)態(tài)污染物在衰減段呈現(xiàn)以e為底的負(fù)指數(shù)的衰減規(guī)律。此外,在某個(gè)排風(fēng)量條件下,使用未擴(kuò)容排風(fēng)罩時(shí)動(dòng)態(tài)污染物濃度衰減比使用擴(kuò)容排風(fēng)罩時(shí)衰減劇烈。(5)根據(jù)局部通風(fēng)系統(tǒng)不同影響因素下捕集效率和阿基米德數(shù)間的函數(shù)關(guān)系,得出受限氣流邊界條件,排風(fēng)罩排風(fēng)量和排風(fēng)罩長(zhǎng)寬比是影響局部污染物捕集效率的重要因素。(6)實(shí)驗(yàn)條件下在排風(fēng)罩排風(fēng)量范圍為25 m3/hqhood120 m3/h時(shí),無(wú)因次熱分層高度(yst*)從0.36變化到0.20。為了確保需要在廠房上部空間內(nèi)生產(chǎn)作業(yè)的工人的健康,安全作業(yè)高度應(yīng)低于相應(yīng)的工業(yè)廠房?jī)?nèi)的熱分層高度值。(7)本文中提出針對(duì)動(dòng)態(tài)污染物控制效果的新評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)反映排風(fēng)罩的性能,對(duì)于產(chǎn)生陣發(fā)性污染物的傾倒過(guò)程,增大排風(fēng)罩容積有助于穩(wěn)定地捕集更多污染物�？傊�,在掌握浮射流出口形狀、壁面受限條件和排風(fēng)罩的匯流場(chǎng)作用等因素影響下高溫浮射流的流場(chǎng)特性基礎(chǔ)上,可提出提高工業(yè)廠房?jī)?nèi)局部通風(fēng)系統(tǒng)的捕集效率的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。此外,工業(yè)建筑室內(nèi)熱分層特性變化規(guī)律可以指導(dǎo)需要在廠房上部空間生產(chǎn)作業(yè)的工人的安全作業(yè)高度,而提出的兩個(gè)新評(píng)價(jià)指標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)非穩(wěn)態(tài)污染物的控制效果和對(duì)既有工業(yè)廠房室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)。
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TU834

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本文編號(hào)：1634691