工業(yè)通風(fēng)除塵系統(tǒng)排放源微細(xì)顆粒物擴(kuò)散模型的研究--穩(wěn)定連續(xù)排

1、工業(yè)通風(fēng)除塵系統(tǒng)排放源微細(xì)顆粒物擴(kuò)散模型的研究-穩(wěn)定連續(xù)排放源顆粒物上升高度的計(jì)算         05-12-25 15:43:00     作者：佚名    編輯：studa9ngns摘要 針對(duì)通風(fēng)除塵系統(tǒng)穩(wěn)定連續(xù)建立的計(jì)算微細(xì)顆料物上升高度模型中，采用氣流射流理論計(jì)算除塵系統(tǒng)排氣進(jìn)入大氣的流場分布，再計(jì)算微細(xì)粒物在該流場中運(yùn)動(dòng)上升狀況，對(duì)等溫差和不等溫差進(jìn)行了模擬計(jì)算。關(guān)鍵詞 微細(xì)顆粒物 擴(kuò)散模型 上升高度 除塵系統(tǒng)排放源1 前言

2、作為改善建筑環(huán)境的重要因素-建筑環(huán)境空氣品質(zhì)（Building Environment Air Quality）愈來愈引起人們的重視，如何提供高質(zhì)量的潔凈空氣已成為21世紀(jì)人類生命科學(xué)的重要課題。工業(yè)爐窯、生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程氣體（煙氣）排放物的污染、交通工具排放物及對(duì)道路揚(yáng)塵作用的污染、建筑施工環(huán)境污染、荒漠化引起的沙塵暴對(duì)自然環(huán)境污染等，都對(duì)工業(yè)與民用建筑環(huán)境供給空氣質(zhì)量帶來了新的問題。其中，微細(xì)顆料物PM（Particle Matter）污染是空氣質(zhì)量控制技術(shù)研究的首要問題。在大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3095）、居住區(qū)大氣中可吸入顆粒衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB 11667）、各類公共場所衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（BG

3、 96639673）、室內(nèi)空氣中可吸入顆粒物衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB 17095）都明確提出了PM10（能穿過咽喉進(jìn)入胸部呼吸道的可吸入顆粒物，上限粒徑30m，質(zhì)量中位徑D50為10±1m，幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差=1.5±0.1的顆粒物）的控制指標(biāo)（范圍0.150.25mg/m3），采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范（GBJ 19）修訂也將提出要求室內(nèi)PM10的允許濃度0.15mg/m3。近年來國外加大了對(duì)呼吸性顆粒物RP（Respire Particles）微粒PM2.5（上限粒徑7m，D50為2.5m的顆粒物）的研究力度，反映出微?；蛴绕涫荘M2.5為代表的顆粒物對(duì)人體危害最大1。工業(yè)通風(fēng)除塵是工

4、廠暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，目前采用以顆粒物排放總量制定的排放標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)塵源控制水平。盡管工業(yè)通風(fēng)除塵系統(tǒng)排放達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，但是排放的顆粒物幾乎都是微細(xì)顆粒，它們長期懸浮在空氣中，尤其是在靜風(fēng)條件下產(chǎn)生濃度積聚導(dǎo)致區(qū)域環(huán)境濃度超標(biāo)。因此研究工業(yè)通風(fēng)除塵系統(tǒng)排放源擴(kuò)散規(guī)律，對(duì)建筑規(guī)劃、建筑環(huán)境空氣質(zhì)量控制技術(shù)十分重要。由于顆粒物與有害氣體污染介質(zhì)不同，從排氣立筒中排放出來在大氣中擴(kuò)散規(guī)律具有特殊性，本文重點(diǎn)研究穩(wěn)定連續(xù)排源顆粒物上升高度的計(jì)算。2 排氣抬升高度計(jì)算的簡要回顧工業(yè)污染源排放立管氣體抬升高度H與排氣立管的幾何高度HS之和即為污染源的有效源高Hy，即Hy = HS + H。氣體抬升高度H是

5、計(jì)算地面最大污染物濃度非常重要的參數(shù)。產(chǎn)生氣體抬升高度的原因有兩個(gè)：一是排氣立管出口處的煙氣所具有的初始動(dòng)力；二是由于排氣溫度高于周圍空氣溫度而產(chǎn)生的浮力。影響這兩種作用的因素歸結(jié)起來可分為排放因素和氣象因素兩類。排放因素有排氣立管出口的排氣速度VS和排氣溫度TS，以及排氣立管出口的內(nèi)徑d。氣象因素有平均風(fēng)速 ，環(huán)境空氣溫度Ta，風(fēng)速垂直梯度d /dz及大氣穩(wěn)定度等。目前還沒有一種排氣抬升公式考慮了所有這些因素，即使有這樣的理論公式，全部參數(shù)也不容易測得到，使其無法應(yīng)用。大多數(shù)煙氣抬升公式是半經(jīng)驗(yàn)的，是在各自有限的觀測資料基礎(chǔ)上歸納出來的，所以往往局限性很大。對(duì)同一種情況，用不同的煙氣抬升公式

6、計(jì)算，可能得到相差幾倍的結(jié)果2。提交的計(jì)算公式是將氣相和固相作為混合體煙氣進(jìn)行計(jì)算，未考慮顆粒體運(yùn)行的遲滯性。這對(duì)于顆粒體計(jì)算存在誤差。所查文獻(xiàn)中關(guān)于對(duì)排氣中的顆粒物上升高度的計(jì)算方法比較少，而顆粒物的上升高度對(duì)分析顆粒物擴(kuò)散落地濃度分布是一個(gè)很關(guān)鍵的參數(shù)。因此，有必要研究顆粒物從排氣立管排出后繼續(xù)上升高的計(jì)算方法。3 顆粒物上升高度計(jì)算模型本文采用氣體淹沒射流的方法計(jì)算排氣立管出口氣相流場，在此基礎(chǔ)上建立顆粒體運(yùn)動(dòng)場分布，并確定顆粒體的最大上升高度。本文采用圓斷面孔口氣體紊流射流流速的計(jì)算公式3，計(jì)算氣相射流起始段和主體段。排氣立管排放出的氣體的溫度與周圍環(huán)境大氣的溫度不同，采用溫差射流計(jì)算

7、射流的溫度場的公式。不考慮水平方向風(fēng)速的影響和不同直徑顆粒物間相互影響，列出不同顆粒物在氣流中運(yùn)動(dòng)方程為 （1）式中 ，阻力系數(shù)CD為 其中雷諾數(shù) 代入式（1）有： （2）500>Rep>1 （3）對(duì)式（2）進(jìn)行離散得： （4）由于左邊項(xiàng)有二次項(xiàng)出現(xiàn)，給求解帶來了困難，本文將對(duì)此項(xiàng)采取線性處理。即反此項(xiàng)中的up用上一點(diǎn)的速度up（i , j-1）代替。代入并整理得到 （5）對(duì)式（3）求解，采用類似式（2）的方法可以得到 （6）對(duì)（5）、（6）采用迭代法計(jì)算。求解以上兩式所用邊界條件為：j=1,up=(i, j) =u(i, j) =u0。4 計(jì)算例41 計(jì)算說明及結(jié)果顆粒物真密度2

8、000kg/m3，排氣立管的出口內(nèi)徑2m，氣體的出口速度15m/s，在等溫射流（排氣溫度T0與環(huán)境溫度TW相等，取20）動(dòng)力粘性系數(shù)為為18.3×10-6Pa·s，在溫差射流（T0TW）中氣體的采用公式計(jì)算。計(jì)算結(jié)果匯總見圖13，表示顆粒物抬升高度與粒徑在不同條件下的關(guān)系。圖1為射流氣體的溫度不變（T0=150）時(shí)，環(huán)境溫度的逐漸升高，顆粒物在射流中心的上升高度情況。圖2為環(huán)境溫度不變（T0=20）時(shí)，射流氣體的溫度的逐漸升高，顆粒物在射流中心的上升高度情況。圖3為周圍環(huán)境溫度和射流氣體的溫度均在變化，但其溫度差保持不變，顆粒物在射流中心的上升高度情況。 圖1 射流軸線上顆粒物上升高度與環(huán)境溫度 圖2 射流軸線顆粒物上升高度與射流氣體出口溫度42 計(jì)算結(jié)果分析（1）粒徑的影響由圖可知，不同粒徑的顆粒物在隨著氣體上升到一定高度以后會(huì)停止上升，停止上升時(shí)的