水泥气力输送系统粉尘污染治理的研究

1、天津大学硕士学位论文水泥气力输送系统粉尘污染治理的研究姓名：袁凤东申请学位级别：硕士专业：供热、供燃气、通风与空调工程指导教师：安大伟20031201中文摘要车间内的粉尘污染问题会对工人的身心健康带来严重的危害，能导致尘肺病的发生。大港油田物资转运库水泥气力输送系统始建于世纪年代，投料车问的通风除尘系统原设计采用上吸式通风除尘系统，经过多年的使用，除尘效果非常差，基本处于报废状态，现在投料车间的粉尘污染问题相当严重。为了解决车间内的粉尘污染问题，对原来的通风除尘系统进行了改造，设计了新的通风除尘系统。新系统在自控装置的控制下自动运行，不仅解决了粉尘污染问题，而且自控装置提高了新通风除尘系统运行

2、的可靠性，降低了输送系统操作的繁杂程度。主要研究内容如下：在分析车间环境中粉尘来源的基础上，介绍了瞬时点尘源和连续稳定尘源分别在静空气、层流及湍流状态下的扩散模式和气流中粉尘颗粒的运动轨迹以及粉尘自重对粉尘扩散的影响；探讨了高处尘源粉尘扩散过程中，地面全反射、部分反射、全不反射情况下，粉尘的扩散模式。列车问内的粉尘污染问题进行系统的分析，得到了原系统造成粉尘污染的原因。设计新的通风除尘系统，对新系统的设计原理、工作流程、除尘效果进行分析和阐述，同时详细介绍自控装置的构成和在系统工作中的重要作用。重点研究在水泥气力输送系统中如何选择合适的速来进行通风除尘，以达到最佳的除尘效果和节能效果；论述粉尘

3、在通风管道巾的受力情况和运动状态，得出粉尘和空气的两相流运动公式和风管内的阻力计算公式，得到选择适合的管道风速的方法。关键词：通风粉尘污染除尘气力输送自动控制，：，：，独创性声明水人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得盘壅盘堂或其他教育午几构的学位或证而使过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的蜕明并表示了谢意。学位论文作者签名：袁叹专、签字期：神年月同学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解苤盗盘堂有关保留、使用学位沦叟的规定。特授

4、权吞洼盘堂删以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影：】、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：袁汉球签¨期：卵斗年月。拦月衫几签字】期吣采月么几第一章综述第一章综述粉尘是指在生产过程中产生并能较长时间悬浮在空气中的固体微粒。许多工业生产部门，例如冶金行业的冶炼厂、烧结一、炭素厂；机械行业的铸造。；建材行、的水泥厂、孑彳棉制品厂：轻¨亍业的玻璃厂、陶瓷¨：化工行业的橡胶，一、农约，一；纺织行业的棉纺厂、毛纺厂等等，在产中均产生大

5、量的粉尘【。粉尘造成的危害除了能使大气、水质等周围环境质量的降外，最为严重的是对处于粉尘作业环境的人体造成的（三理危害，卡要表现为刘。作丁较高粉浓度环境中易引起尘肺病【。工业上产生粉尘的生产涉及许多行业、一：艺及岗位，不同作业场所涉及的粉尘特性及污染程度也各不相同。前尘肺病仍占中国九大眦病中首位，它不仅严重地威胁着广大职工的身体健康，而且还给国民经济造成了巨大的损失，对社会文明进步也产生了良影响。研究和掌握粉尘扩散规律，控制其危害，防止和减少尘肺病的发生对保护职工身体健康、促进经济建设及社会进步仂、调发展具行重耍的意义。从年的资料看，作为职、病之两的尘肿，其新发病人数占全困职业病发病总人数的，

6、到年底，全国累积尘肺病患者己超过万人，累积死亡万人，尚存活尘肺患者万余人。近几年尘眦发病仍未见有明显下降，每年仍新发病例千人左右。目前，无论从接尘人数、尘肿患者累积数量、死亡数量和新发现病人数量，我国都居世界首位。这不但严厦威胁着干百劳动者的生命与健康，而且蒙受的直接利叫接经济坝火俅¨。达亿兀，严重地制约着我国工业和经济的发展【】。粉尘对人体、对生产、对环境、对自然景观、对生态平衡、对经济效益都自影响。危害的程度耿决于从尘源散发的粉尘量，粉尘的物理、化学性质，以及尘源周围的情况。如何更好的掌握粉尘在空间中的扩散规律，合理控制粉尘的运动，消除粉尘产生的危害，积极预防尘肺病成为目前环境保

7、护工作亟带解决的问题。粉尘危害与防尘综合措施粉尘危害从卫生学角度粉尘可以分为：呼吸性粉尘和非呼吸性粉尘。呼吸性（又称为可吸入性）粉尘，是指能够进入人的细支气管到达肺泡的粉尘微粒，其粒径在以下。由于呼吸性粉！全能到达人的肿泡，并沉积在肺部，故对人体健康危害雨十【、“在大量的工业生产过程中均产生大量的粉尘，主要有以下几个方嘶：固体物质的机械破碎过程，用破碎机将矿石破碎或用球磨机将煤块磨成煤粉；川体表面的加工过程，如用砂轮机磨削刀具或用喷砂处理铸件表面的粘砂和氧化皮；粉粒状物料的贮运、装卸、混合、筛分以及包装过程，如用皮带运输机和提升机转运物料或向料仓卸料；料状物料的成型过程，如用压砖机对模具中的粉

8、料进行冲压使之成型；物质的加热和燃烧过程以及金属的冶炼和焊接过程，如煤在锅炉中燃烧后产生的烟气中就夹杂着大量的粉尘。锅炉每燃烧吨煤可产生的粉尘排放物，而冲天炉每融化吨铁水平均要，“生粉尘排放物。又如焊接过程由于金属元素的蒸发和氧化也会产生大量的金属粉尘口】。这些产二粉：咖设备或产，上粉尘的地点做尘源。粉尘之所以构成危害，是由于其在尘源处产生后还会散布到周围空气中，污染车问空气，危害工人的身体健康。粉尘从尘源处产生后，悬浮于周闱空气中并进而扩散蔓延的过程称为粉尘扩敬。粉尘扩散可以认为是如下两种气流连续作用造成的后果：一种是伴随生产过程产生的气流，称为一次尘化气流。一次尘化气流将粉状物料扬起，使物

9、料尘化，形成局部含尘空气。另一种是外部空气的流动，称为二次气流。二次气流把局部含尘空气从形成地点带走，使其扩散蔓延。一次伞化气流的原凶，一般有四神情况：（）运动物体诱导的气流物体或块、粒状物料在空气中高速运动时，能带动周围空气随其运动，这部分气流称为诱导气流。诱导气流造成的尘化如图所示。（）剪切作用产生的气流铸件在震动落砂机上落砂时，由于落砂机卜下作往复运动，使疏松的型砂不断受剑挤口。，因而会把型砂隙中的空气猛烈的挤压出来。当这些气流向外高速运动时，由于气流和型砂之间的剪切作用，带动微细粉尘一起逸出，造成尘化。剪切气流造成的尘化如图所示。（）综合气流实际尘源的情况比较复杂，常常遇到上述两种气流

10、综合作用的情况。如粉粒状物料予皮带机从高处落下，在下落过程中，既受到诱导气流的作用，又受到剪切气流的作用，这两种气流都会使部分物料扬。另外，粉粒状物料落到地面时，由于气流和物料的剪切作用，被物料挤压出来的高速气流会带着微细尘粒向叫剧溅。综合气流造成的尘化如吲所示】。目诱导气流造成的尘化图一剪切气流造成晌尘化幽综合气流造成的尘化（）热气流当水泥煅烧窑的下料口或金属浇注设备周围的空气被加热时，会带着粉尘起运动。采取消弱尘化强度、控制次尘化气流、隔断二次气流和组织吸捕气流等措施，能够有效控制尘源，达到防止粉尘扩散的目的。空气中的粉尘落到机器的转动部件上，会加速转动部件的磨损，降低机器作的精度和寿命。

11、有些小型仪表，若掉进粉尘会使部件卡住穗不能正常工作。粉尘对油漆、胶片生产和某些产品（如电容器、精密仪表、微型电机、微型轴承等）的质量影响很大。这些产品，轻者重新返工，重者降级处理，甚至全部报废。尤其是半导体集成电路，÷件最细的引线只有头发直径的二十分之一或更细，如果落上粉尘就会使整块电路报废。粉华弥漫的车间，降低了可见度影响视野，妨第一章综述碍操作，降低了劳动效率，甚至造成事故。我国工业和生活窑炉每年排入大气的烟尘有一千四百万吨，此外，还有大量通风除尘系统排除的粉尘。据统计，大中型水泥企业排入大气的粉尘约占水泥产量的左右。炼钢电弧炉每冶炼金属可产生的粉尘排放物。一台蒸发量为的工业锅炉

12、，每天约有的粉尘排入空气中。如果不对工排：古们人量粉勺空气进行净化处理，就会严重污染大气，对居的！康雨、境造成危害。排入大气的粉尘中有一部分是飘尘，它可以几小时、几天甚至几年浮游在大气中。飘尘，般具有很强的吸附能力。很多有害气体、液体或某些金属元素（镍、铬、锌等）都能吸附在其上，随着人的呼吸而被带入肺部深处或粘附在支气管的管壁，起或加重呼吸器官的各种疚病。年在烫闺汀！伦敦发的“烬雾事件”，许多人蚊入大气中以飘尘为“载体”的二氧化碳，以至在两个拦期内造成四千多人死亡。另外，飘尘还会降低大气的可见度，促使烟雾的形成，使太阳辐射能的传递受到影响。凶此，必须采墩有力的措旌使粉尘污染的问题得到解决和控制

13、。在多数情况下，尊靠某一种方法是难以解决粉尘危害问题的。要切实做好防尘工作，使工人工作地点的台尘浓度和工一排出的气体含尘浓度分达到卫！卜标准和排放标准的规定，就必须采取综合措施。综合措施包括技术措施、组织管理措施和生保健措施。防尘综合措施技术措施一般包括以下六个方面【“。（）改革工艺，采取新技术。改革工艺设备和工艺操作方法，采用新技术，是消除和减少粉尘危害的根本途径。在工艺改革中，首先应当采取使生产过程中不产生粉尘危害的治本措施，其次刊是产生粉尘以后通过治理减少其危害的治标措施。（）通风除乍。通分除尘是同前应用较广、效果较好的种防尘措施。通风除尘就是用通风的方法，把从尘源处产生的含尘。体抽出，

14、经除尘器净化后排入大气。七十年代以来，各行业的通风除尘设备不断更新，装备水平不断提高，采用通风方法控制尘源的范围也不断扩大。（）湿式作业，水力消尘。渝式作业，水力消尘是一种简便、经济、有效的防仓措施，了：“！产和艺条件许可的情况下，应首先考虑采用。（）密闭：也源，使生产过程管道化、机械化、自动化。密闭尘源，是防止粉拿第一章综述外逸的有效措施，它常与通风措施配合使用。目前，一些技术发达的国家已在粉尘浓度很高、劳动条件恶劣的作业场所，使用机械手隔离操作，从而避免了粉尘与人体直接接触，消除了发生尘肺病的可能。（）定期检测。定期检测作业点的含尘浓度和排放浓度，榆查防半措施年¨除小设备的运行情

15、况，从而查看粉尘危害程度，评价已有防尘措施的实际效果，为制定和改进防尘措施，确选用除尘设备提供科学依据，是防尘工作重要一环，也是掌握现状，加强宏观控制指导和可行性研究并为决策提供依据的一种方法。（）个人防护。个人防护是防尘技术措施中重要的辅助措施。从事粉尘工作工人佩戴的防尘口罩、防尘面具和防尘头盔是保护呼吸器官不受粉尘侵害的个人防尘用具，也是防止粉尘侵入人体的最后一道防线。组织管理措旌主要在三个方面：加强领导加强防尘教育和加强维护管理。存川保健措施方而，戍对从事粉尘作业的：人进行定期的健康检查。通风除尘技术发展通风除尘方式所谓通风是指为造成合乎卫生要求的空气环境，对厂房或居室施行换气的技术。这

16、种换气技术是通过合理组织空气的流动，在局部地点或整个建筑物中把不符合卫生要求的空气扫：走，将符合卫生要求的卡净空气送至所需要的场所。利川通风的方法排出并净化被粉尘污染的空气的技术称为通风除尘。通风是工业生产中经常采用的控制粉尘及有害物污染的手段，选择合适的通风方式是保证以最小的花费取得最大的控制效果所遇到的首要问题。在工业生产中，用于控制粉尘及有害物的通风方法，按照通风过程巾使空气流动的动力不同，可分为自然通风与机械通两大类。按照通，勺人小义州分为局部通风与全面通风两大类悼。自然通风是依靠风压或热压使空气流动来达到通风的目的。风压指的是由于）征建筑物迎风嘶与背风面之间产生的差，热压是由于建筑物

17、内外温度差导致窄气密度差而引起的气压差。由二自然通风不需要人为地提供动力，是一种既经济又节能的措施，因此在一般工业建筑中，应优先考虑充分利用有组织的自然通风来改善作环境。机械通风是依靠风机、风扇或气泵等设备造成的压力使空气流动的。实现机械通风的整套装置称为机械通风系统，该系统主要由通风罩、通风管道和风机第一章综述三三部分组成。根据机械通风时空气流动组织形式的琦同，可将机械通风分为送风式和排风一两种。送风式通风是将符合卫生要求的空气送入所需的场所，作业人员处于干净空气流动的范围之内：排风式通风是把不符合卫生要求的污浊空气排至室外，干净空气自然补充到被排走的空气的位置。在某些情况下，也可将通风与排

18、风结合起来，构成送排风式通风系统，以提高通风效果。伞而通风又称稀释通风，它是对整个厂房进行的通风换气。它一方面用清洁空气稀释室内空气中有害物的浓度，同时不断把污染空气排至室外，使室内空气中有害物的浓度不超过卫生标准规定的最高允许浓度。全面通风囱然通风、机械通和自然与机械联合通风等各种形式。由于它换气范围大，因此所需的换气量一般较大。除了所需的换气量以外，合理的气流组织形式也是影响全面通风效果好坏的重要因素。在全面通风设计过程中，应注意以下几点：散发热、湿或有害物的车间，当不能采用局部通风，或采用局部通风仍不能满足卫生要求时，应辅以全面通风或采用全面通风。全面通风设计时应尽量采用自然通风方式，以

19、节约能源和投资。当自然通风达不到卫生要求或生产要求时，则应采用机械通或自然与机械的联合通风。设置集中供暖且有排风的生产厂房及辅助建筑物，应考虑自然补风（包括利用相邻房的清洁空气）可能性。当自然补风达刁到宦内弘，要求、生产要求或在技术上经济上不合理时，宜设置机械送风系统。局部通风是剥房削内的某个或几个部分进行的通风。它又可分为局部排风局部送风两类。它们部是利用局部范围的气流。使局部工作地带的气象条件符合：！生要求。局部排风是通过局部排风系统在有害物源附近直接排出有害物，它具有所需排风量小，控制效果好的特点。、是散发有害物质（蒸汽、气体、粉尘等）的场所，为防止有害物污染室内空气，必须结合工艺生产过

20、程，优先考虑设置局部排风系统。局部送足将新自窄气或绎过适！处理后的空气送至人地带，以改善操作区空气质量、提高工作效率。局部送风常用于高温车间内只有少数局部作业地点需要通风降温的场合。局部送风的形式有系统式和分散式两种。系统式局部送风是将空气集中处理（净化、冷却等）后，通过送风管道和送风口，分别送至局部作业区。分布式局部送风一般使用轴流风机或喷雾风扇向局部作业区吹风，从而使局部作、且场所的熟最散发较快。通风除尘系统通风除半系统属于局部机械通风系统中的一种。它一般由通风罩、通风管道、除尘器、通风机和其它附属设备所组成。列于一般的通风除尘系统来说，其工作过程大致为：从尘源散发出的粉尘，连同周罔的空气

21、，被排风罩吸入历，经过风箭送下除坐器，在除尘器中绝大部分粉尘与空气分离而被捕集，经排灰装置排出，净化后的空气经排风管道排出。系统中气体运动的能量一般由风机提供。按照结构特点和布置形式，通风除尘系统可以分为就地式、分散式和集中式除尘系统三种型式。（）就地式除尘系统就地式通风除尘系统是将除尘器或除尘机直接安装在产尘设备上就地捕集捌叫收粉尘。这种系统们置紧凑，维护管理方便，可省掉排风罩、进气管道等部件，系统结构大为简化。如设置在料仓上的除尘系统采用压送方式直接向料仓输送物料时，尾气含尘浓度很高，料仓内气体余压也很高。在这种情况下，可将脉冲喷吹袋式除尘器直接设罱存料仓顶盖上，利用送料时仓内的余压使气体

22、流经除尘器净化后再排出，不需设置风机。由于受到生产和工岂条件的限制，这利系统应用范围不广。（）分散式除尘系统分散式通风除尘系统是将一个或数个（一般不超过三个）同一工艺流程中的产尘点作为一个系统，除尘器和风机安装在产尘设备附近，一般由生产操作人员看管，不设号人管理。这种系统具有管路短、布置简单、阻力容易平衡、风量凋节方便等优点，但是粉尘的后处理比就地式和集中式系统麻烦。这种系统还可分为同定式和移动式两种。周定式适用于产尘设备比较分散但不移动，且厂房内有安装除：卜设备的场合，如烧结车间、铸造车间等；移动式系统多为小除尘机组的形式，适用于尘源分散且不固定的情况，如手：电弧焊时所用的除尘机组。这种系统

23、结干勾紧凑、体积小、空处理量不人、净化效率较高，净化后的空气接排入车刨内。（）集中式除尘系统集巾式通风除尘系统是将多个产尘点或整个车白甚至全厂的产尘点全部集中为一个系统，系统中的除尘器等设备放嚣在专门的除尘室内，由专人负责维护管理。集中式通风除尘系统还可以分为支状式和集合管式两种。支状式通风除尘系统是在与除尘器和风机相连接的干管上直接连接着许多支管的支状管网系统。这种系统，无论在没计上还是运行调节上，都比分散式除尘系统复杂。为调整方便和运行可靠，系统的总风量一般不宜超过，排尘点最好小多二个，：线管道的延伸妖度也不宜超过。当车间内产尘设备较多且相距较远，产尘设备工作制度或粉尘性质不同，不宜合并于

24、一个系统时，。个厂房内可以设置多个这类除尘系统。这种系统处理风量大，便于集中管理，粉尘后处理比较容易，维护费用和设各的造价比较低。但这种系统存在着管道长而复杂，管道容易被粉尘堵塞，阻力小容易半衡，风量调节比较困难等缺点。在设计中必须合理地布置管网和仔细地进行管网节点阻力平衡的计算。集合管式通风除尘系统是将所有，支管全部或大）连接集合管上，然后同除尘器和通机相连。集合管的断面积一般较大，以保持较低的空气流速，这样就町以避免支状式除尘系统的许多缺点。这种系统的优点综合起来有以下几点：可以卣接关闭任可：，支管，而这对其余的局部量及整个系统的工作没有重大的影响；局部排风量构量变化范围较宽，具有一定的自

25、动调节风压和风量的能力，因而可以改变任何一个局部排风罩的排风量而对整个系统的运行影响小大；冈为集合管内气速较低，部分粗颗粒粉尘在此被分离出来。这样不仅减小了净化设备的负荷，而且减轻剥总管及主要设备（除尘器、通，机）的磨损。通风除尘系统的型式应根据工艺设备、生产流程以及厂房布置等具体条件，按列原则确定：具有同一生产流程且同时工作的扬尘点相距斗大时，宜合设一个系统。对同时工作但产生粉尘性质不同的扬尘点，一般不宜合为个除尘系统。当丁艺允许不同种类的粉尘混合回收或粉尘无回收价值时，亦叮合设一个系统。具有列情况之一者，严禁合为个除尘系统：儿混合后有引起着火燃烧或爆炸的危险者；不同温度和湿度的含尘气体，混

26、合后可能引起管道内结露者；凶粉尘性质同，共用一种除尘系统，除尘效果差别较大者。对于产尘设备比较集巾并有条件设置集中除尘室的，应采用集中式除：巳系统。当扬尘点超过个时，最好采用集合管式除尘系统。×，二产改备比较分散并厂。房有。：装、：置的，应采用分敞式或支状集式除尘系统。课题的提出和研究内容课题的提出国内油阳系统有粉尘污染问题的气力输送系统有很多，像华北油田、辽河油第一章综述，但是目前还没有一种有效的治理方法，恶劣的生产工作环境给工作人员的身体健康和周围的生态环境都造成了很大危害。本课题是以大港油罔气力输送车问粉尘污染治理为背景，通过本次研究来解决油阳气力输送系统存在的粉尘污染问题。粉

27、尘污染治理的研究是为了改善工作环境和控制环境污染，符合国家可持续发展准则为指导的方针。进行本课题的研究可以为解决同类问题提供有效方案，并日存减少初投资、节约能源和降低运行费用方面，提供有价值的参考，具有重大的技术经济意义。主要研究内容本课题研究的主要内容是通过对粉尘扩散规律和通风除尘机理的研究，得到肼决。力输送系统粉尘污染问题的最佳方案：（）根据粉尘扩散模型，确定造成现场粉尘污染的原因。（）研究原有除尘系统存在的问题，针对这些问题进行具体的分析，确定该系统无法控制污染的原因。（）提出新的改造方案，对该方案进行具体的分析，根掘陔方案对原有除尘系统进行改造，依据改造后实际运行效果确定方案成功之处。

28、（）提出在粉尘和空气两相流的条件，通风除尘管道风速的确定方法。（）针州改造后系统运行的效果，分析改造系统的成败之处。第一章作业环境中粉尘扩散模式第二章作业环境中粉尘扩散模式概述粉尘在空气中的扩散运动属两相流，除与粉尘本身的扩散有关外，还受气体流动状态影响。粉尘粒子在气流中的扩散空气中的粉尘，由气流、浮力等作；的影响，常以悬浮状态漂浮在空气中，里，溶胶形态。从宏观上看，粉体气溶胶的形成与粉尘粒径分布、气体性质、气流状态有关，同时大气中的一些空气动力学特性也会影响颗粒的凝并、沉降及运动。在某粒径范围内，下列过程可能改变粒子的数量”“：布朗凝聚；湍流凝聚：大粒子降落时对小粒子的清除；重力沉降；碰撞在

29、地面障碍物上；冲刷过程进行的速率依赖丁粒子的数口及浓度，不影响存在的溶胶总质量，过程一般可忽略，过程由于除去的主要是较大粒子，则导致气溶胶质量的减少。在无外力作用的时候，空气中的粉尘粒子分散在气体介质中，呈现出连续不断的、无规则的活动。该活动在微观上表现出来的是布朗运动，宏观上表现出来的是扩散和渗透。布朗运动是其本质，扩散和渗透是同一本质表现出来的两种不同现象。气体中的粉尘扩散是指由于气体分子随机运动而碰撞粉尘粒子，使其由高浓度区域向低浓度区域移动的过程。由分子产生的扩散称分子扩散，其扩散速率较慢；存湍流中，于流体质团的紊动而产生的扩散称湍流扩散或称紊动扩散，湍流扩散比分子扩散快得多。粉尘在空

30、气中的扩散运动受气流状态影响，在静止气流为分子扩散，在紊流巾扩敝为湍流扩散。第一二章作业环境中粉尘扩散模式车间环境中的粉尘环境粉尘是导致职工尘肺病的核心因素，其种类与所属行业及生产艺有关，在冶金、机械、建材、轻工、电力等许多工业部门的生产厂均产！：大量的粉尘。粉尘的来源主要有以下几方面：固体物料的机械粉碎和研麽：粉状物料的混合、筛分、包装及运输；物质的燃烧；物质被加热时产生的蒸气在空气中的氧化和凝结。根据生产上不境中粉尘的来源不同，尘源町分为三类，即一次尘源、二次尘源和夕音；控源【。次尘源：指作业范围内，由于生产作业而产生的粉尘，如粉碎、筛分、转运、包装等工艺过程中产生的粉尘。，一次尘源是构成

31、生产环境中粉尘的物质基础及主要凶素，粉尘在各产尘点逸出后，随环境气流的运动而在大气中扩散。次尘源：指局部排风除尘系统泄漏的或沉降在地面的粉尘，山。流或振动等原因，重新二次飞扬的粉尘。外部尘源：指非本作业区生成的，通过次飞扬的来自作、区外部的粉尘，如来自车问外部空气带入的粉尘。作业环境的粉尘浓度取决于粉尘生成量、空间体积与车阳形状相关的结构系数、空气流动状态等因素旧：（，矿，）（）对于某一具体作业环境，当其原料、产品、生产工艺与工作参数等不变时，可将空间参数视为常量，则（）式变为：（，）即环境粉尘浓度与产尘量、空气流动状态等有关。车削中的气流状态十分复杂，随具体的生产工艺、使用的设备、厂房结构和

32、通风方式有所不同，根据其对粉尘粉尘扩散的影响，把车涮中气流分为三种形态：（）静：气流（）在密闭大空间内，当无特殊机械设备、热源、无通风条件下，气流运动不明显，可看作静止气流。其中粉尘的扩散为分子扩散，且扩散速度较慢。（）层流扩散在连续稳定的层流条件下，气流均匀地向一个方向流动。位于其中的点尘源存随气流向风向的移动扩散过程中，还有本身的在各向的分子扩散。扩散的速度受均匀风速影响。（）湍流扩散当环境存住特殊机械设备、热源或由于外界强烈空气流动而使空间中气流出现紊乱的情况。在紊流中分子扩散与湍流扩散相比极其微弱，可以忽略。湍流扩散极其复杂，本文仅研究具有单向风速的均匀湍流扩散。粉尘扩散基本模型在各向

33、同性的介质中，扩散的数学模型基于一个基本假设积的扩散物质的迁移速度与该面的物质浓度成比例【：一（）即穿过单位截面称为费克第一扩散定律。式中：一一在单位时间内通过单位而积的粒子的数量：一一扩散物质的浓度；一一扩散系数，与流体及粉尘的性质有关，单位；式中负号说叫物质向浓度增加的相反方向扩散。当考虑浓度的变化叫，根据质量守恒定律，束分析体积微元巾物质量的关系。若设，为体税微兀中立体坐标的三方向，为从扩散开始流失的时蒯，则可导物质扩散的基本微分方程：丝望笪堡：（）蕊式中：，单位时阳内在，方向通过单位面积的粒子数“扩散系数为常数，尸，由式（）决定时，上式变为：种等雾窘种引叙却。称为粉尘扩§程也

34、呵川球坐标表示：丝三阻雾）志南（口荔盎等丝：西扩散方程可用向量表示：（）当考虑粉尘粒子在一维方向扩散时，式（）成为：萨，称为费克第二定律。方程中的扩散系数极为重要，代表粉尘粒子在空气中扩散的难易程度，与粒子性质及温度有关。当扩散过程稳定时，可以得到斯托克斯（）气溶胶扩散系数【】：爱因斯坦：旦竺，（）或（）式中：玻尔兹曼常数：绝对温度；肯宁汉修一系数：“介质粘性系数：粒子直径：占粒子的迁移率扩敝系数随湍度的增高而增大，对于较大粒子肯宁汉修诈系数可以忽略；扩散系数与粉尘密度无关，而与粒径大小成反比。扩散系数的大小可表缸扩散运动的强弱，表列出了。不同粒径粉尘的扩散系数。表粒子直径（）单位密度球体的扩

35、散系数】迁移率（）×扩散系数（）×××ד×××一“×第二章作业环境中粉尘扩散模式静止空气中粉尘的扩散静止空气中粉尘的扩散是最简单的，作为其它复杂扩散模式的基石，现分析静止空气中瞬时点尘源及连续点尘源的扩散状态。瞬时点尘源的扩散在静止流体中一点（，）处，时集中投放粉尘质量为，则该粉尘源可用（，）函数定义】：，。，在粉尘投放点（，）处（，）剖，在空间其余点处（）扩散的基本方程为：里【盥矿可卸瑟（）若把坐标系原点放在点源处，则点源的坐标为（，），有边界条件：（，）（，）（）对（）、（）作富里埃变换，可得：考枷

36、（砰五）（，如，冯，）（）此处，丑，五，五为富里埃变换参数。上式的解为：（，五，玛，）：他一。（卅（）求它的富罩埃变换，即得如戊硝叫志。丢击丢（志丢：。（等（）”（）式（）为瞬时点源在静止气流中三维扩散的解析解，可以看出扩散在三维空问中各向同性。若记：、压了可为从点源起算的距离，则可表示为球坐标第二章作业环境中粉尘扩散模式方式郴，沪赤唧（面（）当研究的点源为受限空问内一点时，比如距地面高点源，则必须计算地面的反射作用【。假设地面对粉尘全反射（不反射或部分反射的情况在后文中处理），可用像源法处理。任点的粉尘浓度可看作两部分贡献之和，一部分是不存在地谢时该点的浓度；另一部分是由于地面反射作增加的浓

37、度。空叫任点的浓度相当于不存在地面时由位置在（，）的实源和（，）的像源扩散的浓度之利。不考虑地面影响时实源的作用州川辫唧生等盟）像源的作用则实际点源的扩散模式为卉（柚）“一（）唧（掣一掣蹦百卜一弦。，旺。”（）¨¨川干¨式（）相比，式（）考虑地面的影响，也更贴近实际。连续稳定源的扩散连续稳定源指从时刻丌始，在某处连续加入粉尘，分析其在以后时刻空叫中粉尘的浓度分布。迓续点源石作尤数瞬叫点源的叠加，发单位叫问加入的粉尘的量，小随，白变化。于时刻在出时问投入量即源强为出，则经历（）时间扩散在位置（，）处所引起的浓度按方程（）求得。由于点源在静止气流条件下的扩散为各向同性

38、，以）（改为球面啦标方式出而一矧南唧（肌）出只第二章作、环境”粉个扩散模式（）（）“（连续点源三维扩散从起始到时间在位置产生的浓度为上式的时间积分面矿矿似一瓦一（）令卜）驴面再铲则却而丽，（一）”！而当。时，叩了去当时，代入式（：）得）赤，（卅砌一万：。垴（一矿）却、（）使用误差函数（）车一蟛丌及补跌差函数改写（）式咖（）一（）础，垆淼吐击以差函数我查得。（）式（）即为静止气流中连续点源的三维扩散模式，及咖的值可通过第二章作业环境中粉尘扩散模式层流中粉尘的扩散绝刈静止的气流很少存征，当蚧境甲气体为微弱均匀稔定琉，作为层流处理。本节讨论层流状态下点尘源扩散和连续稳定尘源的扩散模型。设气流沿向以速

39、度均匀流动，则流体微分方程为【】鲁“篆。害等窘）。蕊函却色，对于以速度移动的坐标系来说嘉（引。（昙孚昙：一“瓦瓦代入式（）得百。（萨雾窘层流中瞬时点源的扩散，（）风流方向维扩散巾，忙志唧卜噤（）维力向扩散”（）三维空间的扩散”（）小小列，斋冲学小出忙志唧卜掣（）（），层流中连续稳定尘源的扩散假设一个在单位时问内逸出质量的稳定点源可以作为一系列的瞬时点尘第：章仲环境中粉尘扩散模式源来处理，其巾的每个瞬时点源在时间的微小时问内，自原点处逸出的粉尘质量为出。首先研究其中一个瞬时点源，在时刻、点（，）处由于此瞬时点源扩散造成的浓度方程为”：出南（兰二！笔乎上式中（）是逸出质量血后所经历的月问。在时、白

40、，点（，）处的总浓度是从到时间内逸出的所有瞬时点源所引起的。则茄。唧叫一焉一掣寿（川淼盖龇叫（筹）卜（一耕吲业），。，当卜。时，就达到种定态分布情况，此时（，）三唧券（）。协弘。卧一面【为层流中连续稳辛伞源的扩舶棹到，（）一）湍流条件下粉尘的扩散大多数情况下，气体运动经常处于湍流状态，复杂的湍流使粉尘扩散过程十分复杂，很难用简单的方程式来描述，在此仅对具有向单一方向均匀流动的湍流扩散过程进行讨论。瞬时点源的大气湍流扩散若采右手坐标系，选取轴与平均风向一致，轴铅直向上，由于湍流的作川，与静流场硐层流扩散不同，二个方向的湍流扩散系数、为不同的常数咖，湍流扩散方科，丐为：等“篆一，可“。可“：害一，

41、第二章作业环境中粉尘扩散模式假定定常风与轴平行。在时原点释放的尘团将随风飘动，并因扩散不断胀大。尘团中心相对于固定坐标系的位置为（，），如再取一个移动坐标系，原点设在尘团的中心【川，如图所示。移动尘团相对于固定坐标系而言，、坐标未变，但变成（）。把移动坐标换用固定坐标表示，即得到有风时瞬时点源的扩散模式小列，彘唧错茜丢弦，图移动坐标下的尘团变化连续点源的湍流扩散现假定连续点源的源强为稳定常量，即在经历一定时间后空间固定点的浓度不随时间而变（娄：），此时浓度仅是空间坐标的函数。粉尘在下风向”上浓度为正念分布。“。在湍流场中，一般风速大于米秒，可以认为在方向上风的平流输送作用引起的物质质量传递远远

42、超过方向拶散所起的作用（即“：丽），则积：项可以忽略。方程（）变为（）“吩窘疋窘给定边界条件：在原点时，。，在无限远处，一时，同时假定扩散过程中粉尘质量守恒“，在下风向任一平面的粉尘总量等于源强，可以写出积分式若定义盯。、二为、方向上浓度分稚的标准差，口，。兰，：“则肯风条件下湍流中粉尘扩散模式为。“：如戌加南叫一割，随下风距离增大，、也增加，粉尘的浓度和铅直平面内散布范圈也不断扩大，浓度不断降低。湍流扩散中地面边界和粉尘重力的影响以上的研究中从未考虑粉尘作为颗粒物其自重对扩散影响，同时流场的空问结构小吲也造成气流及粉尘分布的复杂性，在此仅讨论地面边界及粉尘自重对其产生的影响。地面边界对粉尘扩

43、散的影响针对距地面高处点尘源，当粉尘扩散到地面时，由于粉尘的粒径、重量、性质以及气流的影响，地面会对其产生全反射、部分反射和不反射（全部吸收）等作川，讨论的公式是的情况，而当（地而之下）时是实际中不存存的情况。“。空削的浓度分布可视为实际点源和像源的依据不同方式共唰作用的结果。（）全反射空问浓度为实源和像源的作用之和，即（，、，赤一俐唧掣卜卜错卜，（）不反射空划浓度为实源的作用之和，即（，）蒜”一耕一（错（）部分反射数江，处理时对像源进行修，在扩散模式中的像源项（）前”，增反刺系（，）赤喇一一簪（）（一警肛，式中：（）扩散粉尘接触地面后，被地面反射的粒子所比例，（）（）（）。）（，）粉尘重力沉

44、降的影响对细颗粒粒子（以下），由于其沉降速度较小，重力沉降作用可以忽略。但对普通粒径粉尘，应考虑重力的影响。重力对粒子扩散的影响可使其扩散中心线向下倾剁，在向需用粒子沉降距离加以修正，以”，来代替。是粉尘扩散至下风距离处的时蒯，：。为粒子在大气中的沉降速度。”腿垒二璺！堡，（。）式中。粒子密度一窄气衔度粒子半径。空气阻力系数针对尘粒与气流的相对运动状态，一般都在雷诺数的范围，且由方程可得第二章作业环境中粉尘扩散模式。：监（）这罩，为空气粘性系数。对无限空可扩散影响为（，。一“，口一“扩一弛兰（）对距地面高处尘源扩散影响为”出珙加芴螂一一广了一掣（）粉尘扩散过程中颗粒运动轨迹对气流中颗粒运动地研

45、究通常有和方法。法用固定坐标系来描述颗粒状态，但经常由于变量数比方程数多面导致力程不闭仑；法则借助于排列到流体中的颗粒群位移统计性质来描述其状态，数学处理较容易。下面采用法来研究粉尘颗粒的运动轨迹”。在坐标中，根据牛顿第二定律可以建立起单颗粒的运动方程式：（），百式中：，颗粒的质量，对球形颗粒，三：。颗粒的速度；颗粒所受的合力，通常颗粒在气流中会受到如卜一些力的作川“”：气流阻力一：重力和浮力。；凌。：虚似质；，：力：升力；升力：；热泳力：静电力。；颗粒之间及颗粒与壁面的作用力。由于，故通常忽略浮力；如果颗粒（或浓度不高）在运动中不发生和第二章作业环境中粉尘扩散模式壁咖（或顺粒之问）的碰撞，和。也可忽略不计。则可得出颗粒运动的方程式：方向弘鲁，掣（旷“，）弘等扣