排风量计算.doc

二、排风量计算的控制风速法
1．空间点汇
    如图4-4-1所示，根据流体力学，位于自由空间的点汇气口的排风量为

（4-4-1）
式中  v1、v2——点1和点2的空气流速；
r1、r2——点1和点2至吸气口的距离。
吸气口设在墙上时，吸气范围受到限制，它的排风量为

（4-4-2）
    可见，吸气口外某一点的空气流速与该点至吸气口距离的平方成反比例，而且它是随吸气口吸气范围的减小而增大的。因此设计时罩口应尽量靠近有害物源，并设法减小其吸气范围。

图4-4-2  点汇吸气口

    2．吸口风流运动过程
    实际采用的排风罩都是有一定面积的，不能看作一个点，因此不能把点汇吸气口的流动规律直接应用于外部吸气罩的计算。
吸口风流运动过程见动画f4-4-1所示，污染源散发出的污染物颗粒有一个飞扬的速度，同时，由于受到吸气罩抽吸作用产生吸入风速，这个吸入风速应大于控制风速，才能将有害物吸入。因此，应保证吸气罩在控制点上的吸入风速大于控制风速。 

动画f4-4-1

图4-4-3  四周无法兰边的圆形吸气口速度分布图
图4-4-4  四周有法兰边的圆形吸气口速度分布图

3．吸口的风速分布规律
吸口的风速分布规律与吸气罩的形状、周围障碍等因素有关，一般通过实验求得。为了获得吸口的风速分布规律，很多人曾对各种吸气口的气流运动规律进行了大量的实验研究。图4-4-3所示为通过实验求得的四周无法兰边的圆形吸气口速度分布图，图4-4-4所示为四周有法兰边的圆形吸气口速度分布图。
上述速度分布图中，横坐标是，其中x为某一点距吸气口的距离，d为吸气口的直径；等速面的速度是以吸气口流速的百分数表示。
根据实验结果所得的速度分布图，可得吸口风速分布规律的数学表达式为：
对于四周无边的圆形吸气口：

（4-4-3）
对于四周有边的圆形吸气口：

（4-4-4）
式中  v0——吸气口的平均流速，m/s；
vx——控制点的吸入速度，m/s；
x——控制点至吸气口的距离，m；
F——吸气口的面积，m2。
公式（4-4-3）和（4-4-4）是根据吸气口的速度分布图得出的，仅适用于x≤1.5d的场合，当x＞1.5d时，实际的速度衰减要比计算值大。
    控制点的控制风速vx的值与工艺过程和室内气流运动情况有关，一般通过实测求得。如果缺乏现场实测的数据，设计时可参考表4-4-1确定。
表4-4-1    控制点的控制风速vx
污染物放散情况
最小控制风速
（m/s）
举      例
范围下限取值条件
范围上限取值条件
以轻微的速度放散到相当平静的空气中
0.25～0.5
槽内液体的蒸发；气体或烟从敞口容器中外逸
室内空气流动小或有利于捕集
室内有扰动气流
以较低的初速放散到尚属平静的空气中
0.5～1.0
喷漆室内喷漆，断续地倾倒有尘屑的干物料到容器中；焊接
有害物毒性低
有害物毒性高
以相当大的速度放散出来，或是放散到空气运动迅速的区域
1～2.5
在小喷漆室内用高压力喷漆；快速装袋或装桶；往运输器上给料
间歇生产产量低
连续生产产量高
以高速放散出来，或是放散到空气运动很迅速的的区域
2.5～10
磨削；重破碎；滚筒清理
大罩子大风量
小罩子局部控制

4．排风量计算
根据实验所取得的吸口风速分布规律的数学表达式，就可确定吸气口的排风量计算公式。
（1）前面无障碍四周无边的圆形吸气口的排风量
可按下列公式计算：
L=v0F=(10x2+F)vx      m3/s          （4-4-5）
 （2）前面无障碍四周有边的圆形吸气口的排风量
可按下列公式计算：
 L=v0F=0.75(10x2+F)vx          m3/s      （4-4-6）
 （3）工作台上侧吸罩的排风量
设在工作台上的侧吸罩如图4-4-5所示，可以把它看成是一个假想的大排风罩的一半，则假想的大排风罩的排风量L′为：
 L′=（10x2+2F）vx           m3/s       （4-4-7）
那么，实际排风罩的排风量应为假想排风罩排风量L′的一半，即

（4-4-8）
上式中F为实际排风罩的罩口面积，m2。该式只适用于x＜2.4 的场合。
根据国内外学者的研究，法兰边总宽度可近似取为罩口宽度，超过上述数据时，对罩口的速度场分布没有明显影响。
对长宽比不同的矩形吸气口的速度分布进行综合性的数据处理，可得出图4-4-6所示的吸气口速度分布计算图。

图4-4-5  工作台上侧吸罩
图4-4-6  矩形吸气口速度计算图
（4）条缝罩排风量
对于b/a≤0.2的条缝形排风口，目前国内外的工业通风手册都沿用下列计算公式：
自由悬挂无法兰边：
 L=3.7lxvx       m3/s               （4-4-9）
 自由悬挂有法兰边或无法兰边设在工作台上：
L=2.8lxvx          m3/s            （4-4-10）
（5）前面有障碍的外部吸气罩排风量
排风罩如果设在工艺设备上方，由于设备的限制，气流只能从侧面流入罩内，罩口的流线受到前面障碍物的制约（见动画f4-4-2所示）。为了避免横向气流的影响，要求H尽可能小于或等于0.3a（罩口长边尺寸）。
前面有障碍的外部吸气罩排风量按下式计算：
L=KPHvx   m3/s    （4-4-11）
 式中  P——排风罩口敞开面的周长，m；
H——罩口至污染源的距离，m；
vx——边缘控制点的控制风速，m/s；

K——考虑沿高度速度分布不均匀的安全系数，通常取K=1.4；
动画f4-4-2
上述各排风量计算方法的核心是边缘控制点上的控制风速，故该计算方法称为控制风速法。控制风速法计算排风量的依据是实验求得的排风罩口速度分布曲线，这些曲线是在没有污染气流的情况下求得的。当污染体发量L1≠0时，外部吸气罩的排风量应为：L=L1+L2，其中L1为污染气体发生量；L2为从罩口周围吸入的空气量。
5．改善吸口吸入特性的措施
为了改善吸气罩吸口的吸入特性，提高吸气效果，可采取以下措施。
（1）加挡板
为了减少横向气流的影响和罩口的吸气范围，工艺条件允许时在罩口四周设固定或知动挡板。见动画f4-4-3所示。

动画f4-4-3
（2）优化排风罩的结构参数
罩口上的速度分布对排风罩性能有较大影响。扩张角α直接影响罩口速度分布和阻力，综合结构、速度分布、阻力三方面的因素，α角应尽可能小于或等于60°。
（3）大罩口的辅助措施
当罩口平面尺寸较大时，可采取以下措施改善吸入特性（见动画f4-4-4所示）。
①把一个大排风罩分割成几个小排风罩。
②把罩内设挡板。
③在罩口上设条缝口，要求条缝口风速在10m/s以上。静压箱内的速度不超过条缝口速度的0.5 。
④在罩口设气流分布板。

动画f4-4-4