工业建筑室内伴随相变的气液两相污染物迁移特性与控制策略

Gas-droplet contaminants generated from a tank opening is one of the typical pollutions in industrial building, which do harm to the works’ health, equipment and constructions. Local ventilation systems are widely used as a main method to control gas-droplet contaminants. However, the transport of this kind of contaminants is not well known, which limits control effect and application of the local ventilation systems. This research focuses on transport and control strategies of gas-droplet contaminants associated with phase change in industrial building. The physical and mathematical models of this gas-droplet flow related to mass and heat transfer and movement will be developed, assisted with measurement data and the basic knowledge of gas-droplet flow. The mechanism and characteristics of the flow will be illuminated. Then, the contaminant transport and distribution of the gas-droplet flow associated with ventilation flow will be obtained. In addition, assisted with control effect and contaminant exposure index, the refined design methods and operation parameters of ventilation systems will be proposed. The results are intended to provide a reference for increasing ventilation efficiency and improving the quality of working environment.

从敞口槽散发的气液（气体-液态颗粒物）两相污染物是工业建筑中典型的污染物之一，对工人健康、设备以及建筑结构安全均会产生巨大危害。局部通风系统作为气液两相污染物的主要控制手段被广泛应用，但是伴随相变的气液两相污染物的流动特性尚不明晰，限制了局部通风系统的控制效果和应用。本研究拟基于敞口槽气液两相污染物散发特性的实测数据，结合气液两相流基础理论分析，建立针对于敞口槽散发的气液两相流动过程中，热质交换和运动特性的数学物理模型。阐明气液两相流动传热、传质和迁移机理和特性，获得通风气流与气液两相流耦合作用下的污染物迁移特性和分布规律。并结合通风系统控制效果和污染物暴露限值，提出通风系统精细化设计方法及参数，为提高通风系统能效和改善岗位工人作业环境提供理论依据。

从敞口槽散发的气液两相污染物（气体和液滴）是工业建筑中典型的两相污染物，例如酸雾和酸性气体。局部通风系统作为气液两相污染物的主要控制手段被广泛应用，但是伴随相变的气液两相污染物的流动特性尚不明晰，限制了局部通风系统的控制效果和应用。.基于热质平衡耦合理论确定了挥发性酸雾的气体雾化过程液滴成核和增长两个阶段的理论模型。开展了挥发性气液两相污染物散发特性相关实验，明确了酸洗工艺中液滴散发的主要来源为气泡破裂，定量分析比较酸洗钢材工艺中酸洗液特性、气泡形成位置、构件放置方式等因素对于所形成液滴初始粒径和初始速度的影响。利用低频声波对颗粒物的聚并效应和超声波对颗粒物的定向传输特性，发明了双频段声波抑雾技术，研究了超声波振幅大小对具有不同散发温度的酸雾的抑制效果。研究结果表明，在超声波间歇运行情况下，对酸雾的抑制效果可以接近40%。.建立了酸雾液滴的蒸发挥发运动耦合模型，开发了液滴蒸发运动计算软件，讨论了采用两种水蒸气分压力修正方法研究硫酸液滴和盐酸液滴的蒸发和运动的准确性并研究了硫酸液滴和盐酸液滴在建筑室内运动的差异特征。探寻了欧拉-拉格朗日法来预测气流和液滴的运动时液滴释放个数和蒸发作用对模拟稳定性和精确性的影响。.研究了气液两相污染物在人体微环境的迁移特性。通过数值模拟分析了人体散热作用、呼吸方式、环境参数对盐酸液滴及其挥发的HCl气体在人体微环境中的迁移规律和个体暴露特性的影响。.通过数值模拟研究了吹吸式通风系统（PPV）和上部接受式通风系统（URV）作用下槽面散发的气体-单分散液滴两相污染物的运动规律，发现了液滴粒径对两种局部通风系统在控制气液两相污染物中液滴相的差异。提出对于URV系统通过促进液滴蒸发作用可以提高排风罩的控制效果；而对于PPV系统，通过抑制液滴蒸发作用或促进液滴的聚并作用可以提高排风罩的控制效果。.相关研究成果为完善工业建筑室内气液两相流理论、改善岗位工人作业环境和提高通风系统能效提供理论依据。