上吹上吸式排風(fēng)罩影響的數(shù)值模擬及試驗(yàn)研究

郭海豐 張沛文

沈陽建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院（110168）

通風(fēng)是控制工作場所污染物的最有效果的辦法。通過有效的通風(fēng)，有害氣體、灰塵或蒸汽的濃度可以不超過被允許的最大濃度。我們的方案目的是在低能耗的情況下提高捕獲效率，達(dá)到更好的控制效果。

常規(guī)的排風(fēng)罩[1]只控制吸入氣流。封閉的排風(fēng)罩與半封閉的排風(fēng)罩都限制工藝流程，排氣效率很低。長距離排氣要增大排氣量，相應(yīng)的設(shè)備投資和能耗也要增加，而根據(jù)工藝流程的要求，短距離排氣是無法完成的。為了提高吸氣流動的控制能力，已有學(xué)者對帶法蘭的引擎蓋進(jìn)行了研究[2]，但效果并不理想。因此，人們會想起將射流與吸氣流相結(jié)合，形成一種新的控制氣流，可以有效地將空氣污染物轉(zhuǎn)移到操作者的呼吸區(qū)域，并在一定距離內(nèi)控制污染物的擴(kuò)散。因此，隨著不同的氣流控制，需要一些新的排風(fēng)罩，如旋風(fēng)幕排風(fēng)罩[3-5]、吹吸式排風(fēng)罩[6-7]和 Aaberg 排風(fēng)罩[8]。

旋風(fēng)幕排風(fēng)罩：采用人工旋風(fēng)排風(fēng)及除塵。人造龍卷風(fēng)在空中形成連續(xù)的旋轉(zhuǎn)氣流。該排風(fēng)罩具有可在遠(yuǎn)距離收集粉塵和有害氣體的優(yōu)點(diǎn)，并有很強(qiáng)的抗橫向氣流干擾能力。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，送風(fēng)柱的出現(xiàn)對工藝的操作存在限制。

吹吸式排風(fēng)罩：吹吸式排風(fēng)罩的外部氣流是在吹吸作用下形成的，氣流方向相同。吹入空氣輸送能力強(qiáng)，衰減速度慢，隔離能力強(qiáng)，而吸入空氣恰恰相反。該排風(fēng)罩具有遠(yuǎn)距離控制污染氣體、排放少、能耗低的特點(diǎn)。

Aaberg排風(fēng)罩：在吸入口增加一個噴嘴。將射流與吸氣流結(jié)合，形成射流作用下的吸氣流。這種氣流控制方法是由丹麥制造商c·p·Aaberg[8]首先提出的。在這種新型的可控氣流中，射流的作用與吹吸式排風(fēng)罩不同。射流垂直于吸氣流，甚至作用于吸氣流的相反方向。整個控制氣流以吸氣流為主。一方面射流起到屏蔽作用，使吸氣流控制在一定的空間內(nèi)；另一方面，射流的夾帶作用在吸氣區(qū)產(chǎn)生射流誘導(dǎo)流動，并與吸嘴處的吸氣流結(jié)合形成Aaberg氣流。我們研究的排風(fēng)罩是一種新型的，它改變了Aaberg排風(fēng)罩的射流方向，改為由上到下。射流與吸氣流的結(jié)合形成了風(fēng)幕，也可以防止污染物向外擴(kuò)散。

文章主要研究了橫向氣流、條縫寬度和從吸塵口到污染源的距離對吸塵流速度場和上吹上吸排風(fēng)罩捕集效率的影響。研究內(nèi)容包括以下部分：射流作用下橫向氣流對吸氣流動影響的數(shù)值模擬研究；射流作用下條縫寬度對吸氣流影響的數(shù)值模擬研究；吸氣風(fēng)口到污染源的距離對射流作用下吸氣流動影響的數(shù)值模擬研究；對射流作用下橫向氣流、條縫寬度、吸入口到灶臺的距離對吸氣流動的影響進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。

這些新的排風(fēng)罩克服了傳統(tǒng)排風(fēng)罩的缺點(diǎn)，與傳統(tǒng)排風(fēng)罩也具有相似的特性。但細(xì)分析，吹吸式排風(fēng)罩具有相對豐富的國內(nèi)外研究成果和實(shí)際應(yīng)用，但也存在一些不足，空氣與吹吸氣流復(fù)合很容易被摧毀，不能達(dá)到理想的控制效果。Aaberg排風(fēng)罩具有獨(dú)特的特點(diǎn)，加強(qiáng)了吸氣流與徑向射流，雖然抽吸能力有一定程度的提高，但需要較大的供氣量，控制能力不理想。當(dāng)粉塵逸出速度或有害氣體懸浮速度較大時，吸力效率會大大降低。國內(nèi)外對二維條縫Aaberg型排風(fēng)罩有充分的研究，理論和試驗(yàn)都揭示了二維條縫型Aaberg排風(fēng)罩的氣流規(guī)律，可以準(zhǔn)確地描述氣流。國外提出了一種實(shí)用的三維槽型Aaberg排風(fēng)罩的設(shè)計(jì)方法，與二維條縫型Aaberg型排風(fēng)罩相比，上吹上吸式排風(fēng)罩的研究較少。上吹上吸式排風(fēng)罩結(jié)合了吹吸式吸風(fēng)罩和Aaberg排風(fēng)罩的優(yōu)點(diǎn)，克服了它們的缺點(diǎn)。上吹上吸式排風(fēng)罩氣流控制的理論和試驗(yàn)研究仍處于初級階段，其設(shè)計(jì)和運(yùn)行條件也處于積累階段。需要更準(zhǔn)確地描述它并有效地應(yīng)用它。

在設(shè)備設(shè)計(jì)、環(huán)境保護(hù)、自然資源的使用中，舒適和節(jié)能稱為基本主題，減少能源負(fù)載，成為未來建筑設(shè)計(jì)的方向。如何應(yīng)用新技術(shù)，提高設(shè)計(jì)水平成為建筑、暖通空調(diào)專業(yè)人員所面臨的一個重要問題。目前，對于我國眾多開放型企業(yè)來說，為了適應(yīng)日益激烈的市場競爭，有必要將新技術(shù)和設(shè)備引入到企業(yè)的生產(chǎn)改造中，以降低能耗，提高產(chǎn)品的科技含量。在除塵通風(fēng)部分，有必要對原有的傳統(tǒng)局部排風(fēng)罩進(jìn)行改造。引進(jìn)和利用根據(jù)Aaberg效果原理設(shè)計(jì)的新型上吹上吸式排風(fēng)罩無疑是理想的選擇。

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)和綜合實(shí)力的快速提高，人們的生活水平有了明顯的提高，更加重視生活質(zhì)量和室內(nèi)空氣質(zhì)量。廚房環(huán)境已經(jīng)成為一個非常重要的環(huán)節(jié)，直接影響著廚房內(nèi)操作者的健康?，F(xiàn)代廚房在整體通風(fēng)的同時更應(yīng)加強(qiáng)局部通風(fēng)的措施。廚房的局部通風(fēng)在污染源(近廚房口)中盡量控制油煙等有害氣體的擴(kuò)散，直接將其及時封閉消除。

因此，有必要加快對新型上吹上吸排風(fēng)罩的研究，盡快將其應(yīng)用于實(shí)際。研究環(huán)境因素對上吹上吸式排風(fēng)罩吹吸流量的影響具有科學(xué)價值，研究結(jié)果可為今后奠定基礎(chǔ)，具有廣闊的應(yīng)用前景。