摘要: 在对含尘浮射流的粉尘与气流相对运动研究的基础上，采用C02模拟开敞大空间中瞬态扬尘过程，进行通风除尘系统的效率试验、探讨了此种方法的适用范围、优点及局限性所在。
关键词: 瞬态 含尘气流 气流组织 粉尘模拟 二氧化碳
在大空间射流过程的气流组织模型实验中，流谱显示技术是反映模型实验中的气流分布、污染物浓度扩散的重要手段。但目前常用的示踪方法，如飘丝法、乙二醇发烟法往往只能对此进行定性分析，无法定量反映气流的流动规律和含尘气流中粉尘浓度变化，无法计算粉尘捕集效率.
本文以某钢铁厂钢渣处理车间开敞大空间中强热源诱导的阵发性扬尘的治理为工程背景，实际工程中由于工艺条件的限制、只能采用侧顶吸排气罩.通过对实际工程的现场分析，把实际工程现象抽象为太空间强热源诱导的阵发性含尘浮射流，通过模型实验研究寻找控制该污染源的排气罩的最佳位置、所需最小通风量以及各风量下的捕集效率.在实验中采用C02气体模拟瞬态发生的含尘气流，并以C02的捕集量和释放量之比作为通风系统的收尘效率。
文中对实际工程条件下粉尘和气流的相对运动作厂计算和讨论，对用C02作为含尘气流的模拟物产生的实验误差进行了分析，并对此种方法的优缺点和使用范围进行了讨论.
l 工程背景及实验模型
本实验工程背景为某炼钢厂倒渣间[1]，其生产工艺和通风除尘系统如图1所示，倒渣场为封闭式围护结构，车间平面面积2000m 2，总体积约为60000m3．1000℃高温液态钢渣在倾倒过程中产生的冲击气流裹挟着粉尘向上升腾、形成含尘浮射流.该含尘气流的上升速度、
图1 车间及除尘系统示意图
卷吸空气量、射流主体的温度、含尘浓度等都是随时间变化的瞬态过程。在射流主体向上运动的过程中，排气罩的汇流流场使射流弯曲，将—“部分粉尘捕集，未被直接捕集的粉尘在渣场弥漫，滞留一段时间后最终被系统捕集.本研究的目的是通过模型实验，利用CO2作为示踪气体，研究用侧顶吸排气罩控制这股污染气流的捕集效率。实验模型对实型按1：12的比例缩小，并根据相似理论保证模型与实型的动力相似及热力相似.
2.实验方法可靠性分析
2.1常规实验方法简介
在常规实验方法中，要根据模化理论，即在保证模型与实型的含尘气流动力、热力相似的基础上，还要保证模型实验中粉尘的运动和实际的倒渣间的扬尘运动规律相似[2].即要保证使两种条件下的含尘气流的弗劳德准则和模型实验中粉尘的斯托克斯准则相等.它们的数学表达式分别为：
上式中g为重力加速度，m／s 2，L为特征长度，m；W 1为特征速度,  为阻力系数；d p为粉尘粒径，m：f为微粒开头系数;  及P为粉尘密度及气体密度，kg／m 3.
倒渣间的气流利粉尘运动状况非常复杂，在保证模型中含尘气流与实型中的动力相似、热力相似的基础上，再同时要求保证粉尘运动的相似件，难度非常大。
特别要指出的是，实型中的扬尘过程以及模型实验中排气罩效率实验均为瞬态过程，若用粉尘模拟落锤倒渣问的扬尘进行模型实验，由于采样时间短．极难保证实验的精度。
根据现场实测报告，倒渣产生的浮射流的起始速度为6—8m／s.根据现场观察，在射流的各个发展段，速度都大于Im/s .在空气中粉沉降速度为：
根据现场粉尘采样及实验室分析，80％的粉尘粒径小于47．6µm .对于47．qµm粒子、在室温0℃时，Up＝0．1m／s，远小于气流主体速度。可以认为粉尘粒子与气流相对静止即认为该含尘气流中，粉尘对气流的速度跟随系数等于1.
2.2对用C02模拟现场扬尘的方法的评价
用二氧化碳模拟现场扬尘的实验方法具有以下优点：
(1)二氧化碳的释放流量容易控制，用气相色谱检测可以达到极高精度。
(2)取样时间短，可以实现瞬时检测：
(3)二氧化碳气体从释放到与浮射流一起被排气罩捕集经历时间短(‹3s)，可以忽略扩散作用引起的实验误差.
该方法对实验结果产生的误差是：采用二氧化碳模拟粉尘行为由于二氧化碳完全不存在沉降问题，和实际情况中扬尘过程有一定差异，使实验结果偏向保守.
3.模型实验研究方法
本次实验中，用二氧化碳气体模拟含生气流中的扬尘．研究模化条件下排气罩的效率：通过调节离心风机的风量．改变排风量得到不同的工况：释放二氧化碳．检测排风干管内二氧化碳浓度．通过计算得到排气罩的效率。
两分钟内排风罩总效率计算公式如下：
上式中η为两分钟内徘风罩总效率；CO为环境生气本底值(background concentration);c1为排风干管二氧化碳浓度；c2为将二氧化碳直接排放入徘气罩时排风干管二氧化碳浓度，即罩子效率达到100％时对应的排风干管二氧化碳浓度(maximum concentration);r为时间.
4.实验结果
排风干管二氧化碳浓度分析结果见表1:
通风系统排风量：Q＝1070m3/h，C02本底值：473PPm，直接排放进排气罩时排风浓度：882PPm。根据实验结果得到的排风C02随时间的变化曲线见图2.
图2 排风C02浓度—时间曲线(Q=1070m3/h)
由实验结果可以看出：
(1)在相同的排风量下，随着射流初始速度的不问，罩子对二氧化碳的捕集效率有明显区别.随着射流初始速度的增加，排风管内二氧化碳浓度减小，也就是排气罩的效率减小。
(2)在一次试验过程中，开始释放二氧化碳后．排风干管内二氧化碳浓度不断增加．这是由于释放的二氧化碳不能被排风罩全部抽吸，在模型内部积聚，使得射流卷吸空气中二氧化碳浓度增加造成的.
(3)停止释放二氧化碳后，排气干管内二氧化碳浓度就是模型内浓度，由于新鲜空气的不断稀释，二氧化碳的浓度随之下降。
(4)三种射流初始速度下，模型实验的排风系统对C02捕集效率见表2.
排风系统对C02捕集效率随着射流初速度的增加而减少，这是因为射流初速度增加，排风罩的抽吸作用就不容易弯曲射流使之进入罩口，从而导致捕集效率减小.
(5)排风系统对C02最大瞬时捕集效率计算方法如下：
上式中C2.mdx为C02直接排放到排气罩时排风干管的C02浓度，ppm；Co为环境空气背景浓度，PPm；C1，n1ax为排风干管内最大二氧化碳浓度，PPm。由实验结果知道．在排风量为1070m3/h时，排风系统对C02最大瞬时捕集效率为 93％.
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