大空间建筑中强热源诱导含尘气流控制实验（一）.docx

大空间建筑中强热源诱导含尘气流控制实验（一）关键词: 强热源 含尘浮射流 模型试验 排风量　　1.引言　　在国内外钢铁、焦化、机械等企业中，目前普遍存在开放式太空间中无组织排放的含尘气体对大气环境污染问题比方炼钢厂落锤倒渣间的二次扬尘过程就是一例目前，对此类问题的治理方法一般是采纳洒、喷水抑尘，但对高温热源产生的具有较大上升梯度的扬尘过程，这些方法都有其局限性，无法取得抱负的掌握效果，因此，解决此类污染的掌握问题已成为当务之急　　本模型试验以某炼钢厂落锤倒渣间为试验原型，通过现场观看和实测，发觉在60m×40m× 25m的太空间中，当温度高达1000℃的钢渣倒落到塘泥地上时，由于冲击和挤压作用将产生强大的剪切力，在剪切气流和强热源的共同诱导下，含尘气流由四周向上产生一股强大的浮射流.本文将其处理成从地上冲出一股环状含尘浮射流，其高度可达20m因此本试验的主要目的是要掌握这般含尘浮射流，整个试验模型的热源、气流组织、风道设计等都是以此为中心。

　　由于高温液态钢渣倾倒到积水上时有爆炸危急，因此不能采纳洒、喷水抑尘；又由于倒渣间内有行车移动及受到其它工艺上的限制，不能在污染源上方直接设置上部排风罩;另外，由于车间跨度太大，无法采纳吹吸气流掌握由于这些缘由，对此类问题，只能采纳在污染源侧面设置侧吸罩形成侧顶吸气流排走污染气流的全面通风方法　　经过讨论，上述污染掌握问题在理论上可以抽象为掌握太空间中，由瞬态强热源诱导的自由紊动圆环含尘浮射流采纳侧顶吸罩可以使浮射流发生偏转，从而将含尘气流排出室外，由于浮射流在不同的高度具有不同的速度分布和扩展面，因而在不同的高度设置不同的侧吸罩所需要的罩口风速和进入侧吸罩的污染气流浓度是不一样的因此，采纳此法的关键问题是找到的排气罩形式、位置以及的排风量对于此类问题，目前尚未有这方面的理论成果、试验数据和工程实例日本学者林太郎的流量比法[4]计算排风量，结果偏大，排风量到达107m3／h的量级，使在工程上很难实现一般认为，通过抽吸气流在大空间内形成负压防止污染气流外溢并有效地排走污染气流的方法需要很大的排风量，而且抽吸效果很难保证因此，通过模型试验和理论分析相结合的方法来查找排风量，其结果将为有关设计手册供应肯定的根底数据。

　　2.模化设计　　2．1相像理论相像理论是模型试验的理论根底，要保证明验模型能反映实际工况，必需考虑模型和实型的几何相像、流淌相像、热力相像和传质相像[2]在本试验中，重点是讨论强热源诱导的含尘浮射流的流淌规律以及如何掌握这股含尘浮射流，所以本试验主要考虑射流的流淌相像和热源的热力相像同时得到满意.　　射流流淌相像保证Re和Ar相等，由于本试验讨论的是紊流问题，所以Re处于自模区，因此只要保证Ar数相等即可　　热源热力相像保证Re和Ra＝PrGr相等，由于Re处于自模区，所以只要保证Ra相等即可　　在实际模拟时，要保证Ar和Ra同时相等是不行能的，因此，本试验将设法使Ra处于自模区　　2．2试验模型相像准则的处理　　限据现场观看和实测，考虑把实际问题处理成圆环浮射流　　圆环浮射流如图1所示　　依据现场观看和实测，得出原型的有关数据如下：　　(1) 射流出口外径d0＝6m，　　内径d1=4m;　　射流初速度v0＝6m／s　　射流极角a＝30o；　　射流温度t0＝160℃；　　环境温度te＝30℃　　(2) 热源温度tw＝1000℃　　对射流，取特征长度为d0，特征速度为V0，特征温度为t0。

　　此时，Re＝1.2×106＞O.5×104，说明实型Re处于自模区　　Re＝2.88×104＞O.5×104，说明模型Re也处于自模区　　以上各式中，不带“”的表示实型，带“”的表示模型　　对热源，取特征长度为1＝O．9d0，特征温度为 为了保证模型及实型中热源和气流温度场的统一，取热源C△t＝C△t0，此时　　说明实型和模型的Ba均处于自模区，即在上述比例尺设定下，实型与模型能自动到达热力相像因此，整个模型中的其它比例尺将只与流淌相像，即与Ar数有关从而有效地简化并解决了相像问题　　2．3相像比例尺确定　　(1)几何尺寸比例尺：Cl＝O．0833　　(2)温度比例尺：C△Te，＝C△I＝O.5，C△T0＝0.85　　(3)速度比例尺：Cv＝0.221　　(4)风量比例尺：CG＝CvC12＝0.00153　　(5)换气次数比例尺：Ca＝CGCl-3＝2.64　　(6)气流热量和热强度比例尺: 　 　　　(7)热源热量和热强度比例尺(末考虑辐射换热)　　2．4模型设计与试验装置　　在试验中，用电炉模拟钢渣，由风道输送热风通过电炉丝，形成圆环射流，在射流侧上方设置排风罩浦集污染气流，含尘气流用C02作为示踪气体模拟。

在试验设计中，先要求出实型的热源发热量、射流风量、排风罩风量等，然后用相像比例尺确定模型的热源功率、圆环射流的出口风速、排风罩的大小和风量以及相应风管的尺寸通过模型试验，可以求出由排风罩诱导的环境气流对浮射流产生影响引起的温度场、速度场和浓度场，热源设计、射流设计和风机风量确定如下　　2.4.1热源设计　　在实型中，钢渣的热强度很大，试验模型中无法到达此热强度，但考虑模拟钢渣的换热，热源的换热主要有以下两局部：　　2.4.1.1对流换热量Qc　　在实型中，由于钢渣倒落时对空气形成挤压作用，并形成一圆环浮射流，故空气与热源之间是一强制对流换热过程，其换系数无可查询，因此，我们考虑用空气的温升得热来计算对流换热量，即：　　上式中，F0为圆环射流出口面积，m2；v0为射流出口风速，m/s；C0为射流出口风量;ρo、CP对应于射流出口温度160℃的密度和定压比热；ΔT为射流出口温度与环境温度之差，℃.　　2．4．1．2辐射换热量Qr　　Qr＝EF＝4209．4kW　　对应的模型辐射换热量为:　　Qr′＝CEECFF＝4.30kW　　若用电炉模拟钢渣热源，因电炉温度低于1000℃，热强度将达不到要求，所以本试验用电炉模拟全部辐射热和局部对流热，其它对流热由空气加热器供应。

算得模型热源的辐射换热量4.30kw，对流换热量6.57kW，依据计算，电炉的对流换热量和辐射换热量在本试验的条件下保持已定比例，约为1：1，故取电炉功率为8kW，估计用于加热空气和向四周环境辐射的热量为4kW，从而满意了热源辐射换热量Qr′的要求为了加热空气所需的其它热量2.57kW通过空气加热器预热取得。