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      螺旋通風管道內影響塵粒沉降與沉積的因素

      發布時間:2018-06-15
      ?隨著經濟發展及人民生活水平的提高,空調系統在現代建筑中的應用越來越普遍,并給人們...

      隨著經濟發展及人民生活水平的提高,空調系統在現代建筑中的應用越來越普遍,并給人們帶來了舒適的工作、生活環境。然而,空調系統運行過程中卻往往對空調通風系統疏于管理,致使空調通風管道積灰,在空調系統適宜的溫度、濕度下,反而成為微生物、病菌繁殖的溫床,成為污染源并影響室內空氣品質,進而影響室內人員的身體建康。諸多室內環境方面的學者指出,將近80%的病態建筑綜合癥與空調系統的運行、管理和維護不良有關。      職業   與衛生所也曾作過評估,在529個存在空氣質量問題的建筑中,280座建筑物的通風不合格,占調查總數的53%;而建材污染為21座,僅占調查總數的4%,可見空調系統在室內空氣的污染中充當了重要的角色。

      空調系統通風管道塵粒的沉積會降低空調系統的性能,顯著影響人體對室內顆粒物的曝露量,導致二次污染,如日本風管清潔協會JADCA(JapaneseAirDuctsCleanersAssociation)的調查報告指出,當送風管道底面的積塵量達到5g/㎡時,送風口就會出現塵埃飛揚污染室內空氣的現象。

      空調系統通風管道塵粒沉降及沉積規律的,可以了解含塵氣流的流動規律,塵粒的沉降規律及在各式結構通風管道中的塵粒沉積規律,這些數據的取得對于管道清潔及采取相對應的處理控制措施減少管道積塵有著重要意義。

      1、粒徑的影響

      塵粒在通風管道底面的沉降主要受重力的影響,由于重力作用塵粒必然要逐漸沉降,如果行程長,則靠近水平管壁底部的塵粒將沉到底部管壁。塵粒粒徑是影響塵粒沉降的   主要因素,諸多者都指出,粒徑的增大則塵粒所受重力越大,沉降趨勢則明顯。

      粒徑范圍0.01μm~100μm的軸對稱湍流管道內的塵粒沉降,結果表明塵粒沉積速率符合’'V”形曲線,隨顆粒粒徑的增加,湍流擴散力和慣性力起支配作用,沉降速率增大;隨亞微米級顆粒粒徑的減小,在近壁處主要受布朗擴散力作用而沉降,   小沉降速率出現在無因次松馳時間0.05~0.1的范圍內;顆粒所受重力與流動方向一致時,沉降速率增加,對于向上方向的流動,氣流會沖擊壁面沉積的微塵,減小沉積速率。

      應用改進的歐拉模型方程和經驗方程對   發展的湍流通風管道塵粒沉降進行了模擬,在風速不變的情況下,隨著塵粒粒徑增加,塵粒沉降速率相應增加,并且通風管道底部的塵粒沉積速率比其他壁面高2個數量級。大顆粒(粒徑>5μm)大多沉降在底面上,而粒徑小于4μm的塵粒同時沉降在豎直壁面上。對于小于0.1μm的塵粒,底面和垂直壁面的沉降速率接近相同。由于重力作用,風速在7m/s時大粒子(>80μm)全部沉降到底面,頂部沉降速率為零,而粒徑對垂直壁面的沉降速率影響較小,對于垂直通風管道,向下流的沉降速率大于向的塵粒沉降速率。通過對二維通風管道進行模擬計算也得出了相近的結論,即隨著粒徑的

      增大,塵粒受重力的影響越大,沉降趨勢越明顯。

      2、風速的影響

      對小粒徑范圍(0.5微米~4μm)的塵粒模擬計算結果表明,風速對塵粒沉降有明顯的影響,風速增大將導致垂直壁面的塵粒沉積速率增大,而底面的塵粒沉積速率有所降低。

      將實驗和計算結果相比表明,隨著風速增大,塵粒在管壁上的沉降速度都將平穩加快,在相同送風速度下,塵粒粒徑越大,其沉降速度越快。在送風速度較小的情況下,只有粒徑小于1μm左右時,塵粒的沉降速度基本合理。對于粒徑大于lμm的粒子,塵粒的沉降速度在對數坐標系中與風速幾乎成線性遞增關系;但對于粒徑較小的塵粒沉降而言,在風速達到5m/s以前,其沉降速度加快,當風速達到5m/s后,沉降速度又趨于平緩,和粒徑較大的顆?;旧献兓恢?,不同粒徑的塵粒沉降速度幾乎相同。對于粒徑小于lμm的塵粒來說,在風管底面上和風管壁面上的沉降特征一樣。但是塵粒的粒徑大于1μm時,隨著風速的增加,沉降速率增加非常平緩。

      對3m長二維通風管道進行了模擬計算,對于同一粒徑的塵粒,隨風速的減小,塵粒均有沉降的趨勢。同一送風速度下,塵粒粒徑在1μm-5μm時,塵粒沒有沉降的趨勢;隨著粒徑的增大,塵粒受重力的影響越大,沉降趨勢越明顯。通常隨著塵粒和流體速度的增大(速度0.9m/s-9.6m/s),塵粒的粒徑越大,塵粒能夠運動甚至運動至通道底部。

      3、管里粗糙度

      實際空調系統通風管道通常并不是光滑的表面,有時甚至是毫米級粗糙度,然而通風管道內塵粒沉積的往往是局限于光滑內壁。有者通過實驗發現在通風管道內壁附有纖維濾紙時的顆粒沉積是光滑銅管的幾個數量級,并進一步作了關于在類似條件下顆粒在鍍鋅鋼管與玻璃纖維內壁管的沉積的比較。發現粗糙度增加會加大沉積速度,這說明由管道內壁腐蝕或顆粒沉積產生的表面微尺度粗糙會使沉積現象   為明顯。

      4、其他的影響

      實際的空調系統通風管道斷面多為矩形,而且在布置過程中彎頭較多,為了實現均勻送風,每隔   距離有一個變徑,而目前文獻所做的實驗或模擬卻是理想化的長直矩形斷面光滑管道,與實際還有   的差距,這樣的結果可能會忽略了其他因素的影響??照{系統要滿足人們   的舒適性要求,即要滿足   的溫度、濕度條件,而塵粒在通風管道中不同溫度、濕度下的沉降規律尚未有人。而實際上溫度、濕度的變化必然會對氣流粘性、塵粒的凝并等產生相應的影響,從而改變塵粒的沉降速度,因此,也需要對此進行深人的。

      目前,只有少數者對管道彎頭的影響進行了相關的,通過發現隨著顆粒粒徑的增大或風速的增加,通過彎曲段的塵粒減少。隨著彎管數的增加和管道長度的增長,將會增加顆粒的沉積,彎道、粒徑、彎曲角度、曲率、雷諾數等對塵粒沉積均具有明顯的影響,顆粒主要沉積在彎道的凹面及叉脊處。不論是鋼管還是絕緣管,其沉積速率都隨氣流速度的增加而增大。大多數情況下,直管湍流起始段、彎管和管道接口的沉積速率比直管湍流充分發展段的大。

      塵粒在彎管中的運動規律,空氣的溫度、濕度等對塵粒的沉積影響在國內文獻中還少見描述,可見這一部分的工作還有待開展。

      2有待的問題

      1)實際空調系統通風管道彎頭、變徑數目較多,氣體流動并不是   發展的湍流,塵粒在變結構處(如彎頭、變徑、分叉)的沉積規律較少。氣流在通過這些結構變化的管道時,流動狀態將會急劇變化。

      塵粒沉積必然和直管段大不相同,應予以重視。

      2)進人空調系統通風管道的粒子形態多種多樣,除了粉塵之外,還有纖維、碎屑等,而文獻以球形顆粒計算,未考慮形態系數,也未考慮顆粒之間的相互作用力,顆粒的團聚或凝并。通風管道內壁并不是光滑表面,塵粒在粗糙表面的沉積速率要大于光滑表面,當塵粒沉積在光滑表面后,也會形成不同的粗糙表面,

      這時的影響也應考慮。

      3)通風管道中的塵粒沉積與多種因素有關,如溫度、濕度、各種作用力等,在建立相關的數學模型時應結合實際需要,進行相關的簡化,因此,沉降模型有待進一步。


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