浮羽流和侧吸气流共同作用下阵发性浮射流的流场特性研究

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1、西安建筑科技大学硕士学位论文浮羽流和侧吸气流共同作用下阵发性浮射流的流场特性研究专业：建筑与土木工程硕士生：曹蕾指导老师：王怡教授摘要在有色金属冶炼及铸造等工业生产过程中，诸如模具浇铸时，根据污染源性质不同可将厂房内的高温气流分为两类，一种为高温金属液体倾倒瞬间造成的阵发性污染气流、另一种则是高温金属液体倾倒结束后，平静的高温金属液面产生的高温气流。倾倒过程瞬时产生大量污染气流，污染源处浓度值骤增，严重加剧了局部排风系统的瞬时排风压力，侧吸罩往往来不及排除污染气流，造成大量污染气流逃逸到厂房其他清洁工位，严重威胁工人的身体健康，极易

2、引起例如尘肺病、活动性肺结核、慢性肺部疾病等职业疾病。因此，冶炼厂房内平静液面处高温气流产生的浮羽流和侧吸罩处产生的侧吸气流共同作用下倾倒过程产生的阵发性浮射流引起的环境污染问题急需得到解决。以侧吸气流和浮羽流共同作用下阵发性浮射流的流场特性为主要研究对象，采用理论、实验、模拟相结合的方法对以下内容进行研究分析：首先，本文通过理论分析得出影响阵发性浮射流流场特性的因素，并通过正交实验的方差分析，定性得到了各影响因素的显著性排序及位级趋势变化；其次，对正交分析中的显著性影响因素进行实验测量，得出阵发性浮射流的散发特性，侧吸罩排风量、两

3、热源水平间距对阵发性浮射流流场规律的影响；最后，本文采用数值模拟方法揭示不同浮羽流温度、侧吸罩与热源高度差对阵发性浮射流随时间、空间分布的影响，同时给出了侧吸罩的动态捕集效率，并采用MATLAB软件拟合了多因素下阵发性浮射流的轨迹方程。主要结论如下：（1）通过分析浮射流的运动方程，得出影响阵发性浮射流流动的诸多变量，通过正交分析，得出侧吸罩排风量、阵发性浮射流散发速度为显著性影响因素，其它依次为阵发性浮射流散发温度、两热源水平间距、侧吸罩下边缘与阵发性浮射流热源面的垂直高差、浮羽流散发温度。（2）污染源为阵发性浮射流时，空间内存在阵

4、发性响应区域。阵发性浮射流西安建筑科技大学硕士学位论文散发温度为50℃，侧吸罩排风量为2000m³/h，侧吸罩距污染源高差为0.2m，浮羽流散发温度为500℃时，阵发性响应区域为阵发性浮射流垂直方向距坐标原点3.33倍热源水力直径内，垂直侧吸罩口面水平方向上距坐标原点1.82倍热源半宽范围内，平行侧吸罩口面水平方向上距坐标原点0.8倍热源半长范围内。（3）为综合考虑阵发性浮射流散发速度与侧吸罩排风速度，本文采用流速比定义两者的比值。随着流速比减小，Y轴方向浓度最大值逐渐向侧吸罩方向移动。流速比相同但侧吸罩排风速度增大时，由于侧吸罩对

5、浮羽流的控制作用增强，高温浮羽流被顺利捕集，此时浮羽流处温度降低，Y轴方向温度分布由双峰值曲线变为单峰值曲线，侧吸罩与阵发性浮射流间的峰值消失，且该区域及侧吸罩罩口处的温度值随之减小。（4）阵发性浮射流与浮羽流水平间距增大，平行于侧吸罩口的水平方向及阵发性浮射流正上方垂直方向上的空间温度值、浓度值均随之增大；垂直于侧吸罩口的水平方向上，温度、浓度最大值点均位于浮羽流热源正方上处，且随着热源间距的增大最大值逐渐减小。（5）阵发性浮射流阶梯式变化时，不同侧吸罩排风量下侧吸罩动态捕集效率变化趋势相似，随着侧吸罩排风量增大，不同散发阶段的捕

6、集效率随之增大；阵发性浮射流散发速度及浓度增大，同一排风量的侧吸罩捕集效率骤减。通过回归分析得到针对阵发性浮射流的捕集效率经验公式，式中系数大小可得出不同因素对捕集效率的影响大小，结果与正交分析结果相同。（6）给出了浮羽流和侧吸气流共同作用下阵发性浮射流的轴心轨迹，同时得出与Ar数、速度比相关的轴心轨迹方程。关键词：阵发性浮射流；浮羽流；侧吸气流；流场特性；动态捕集效率；轴心轨迹本课题受到国家杰出青年科学基金“工业建筑环境与节能（51425803）”；工业建筑环境与节能创新团队（2017KCT-14）；国家自然科学基金青年项目“具有

7、阵发性高温污染源的大型厂房通风系统能效研究”(51608424)”的资助。西安建筑科技大学硕士学位论文TheflowfieldcharacteristicsofdiscontinuousbuoyantjetundertheinfluenceofplumeandlocalexhausthoodSpecialty:Architecture&civilengineeringName:CaoLeiInstructor:WangYiProfessorAbstractIntheprocessesofferrousmetalproductiona

8、ndchemicalengineering,suchasmetalsmelting,coking.Especiallyintheprocessofdumpinghightemperatureliquid,therearetwoform