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建立完善的通风系统是安全生产的基本保障。合理安装通风设施是为了使风流能够按照拟定的路线流动,以确保发生灾害时便于调整风流,维持工作场所的正常通风。水气射流通风装置由于其结构简单、成本低、效率高等特点,广泛应用于工业通风。本文旨在提高水气射流通风装置的吸风效率,对其进行三维数值模拟研究。
本文首先对水气射流通风装置的通风机理进行初步研究,其主要内容是通过分析工业通风、高压水射流、水气两相流等基本知识和理论,阐述了水气射流通风装置的工作机理,并确定了试验研究的相关参数及参数范围。为了较为深入的研究本课题,本文引入了目前发展较快的商用CFD软件对模型进行三维数值模拟研究。在数值模拟方面,本文利用UG软件设计建立了水气射流通风装置的三维模型,通过改变装置喉管长度、喉管直径、入口水流速度及喷嘴结构等因素,利用Fluent软件对不同结构的模型进行模拟试验,得出其在不同影响因素下装置内部的速度流场分布及吸入室横截面的平均速度,进而找出各因素变化与装置吸风量的变化关系。对模拟试验数据采用曲线拟合的分析方法,得出在不同的影响因素(即喉管长度、喉管直径、入口水流速度及喷嘴结构)下水气射流通风装置的吸风量的变化规律,从而找到水气射流通风装置各影响因素的最佳尺寸。
在试验研究方面,设计水气射流通风装置的实验室系统,从装置的喉管长度、喷嘴结构及入口水压等因素变化方面对水气射流装置的数值模拟结果进行试验验证。将试验结果与数值模拟结果进行对比,发现趋势吻合。
对水气射流通风装置的模拟结果的数据进行拟合可以看出,该装置的吸风量与喉管长度及其直径都呈抛物线变化,当喉管长度为260mm时,吸入口的吸风量达到最大;当喉管直径为217mm时,水气射流通风装置的吸风量达到最大值。入口水流速度与吸风量成正比关系。当采用X型螺旋喷嘴时,水气射流通风装置的吸风效果最佳。
理论分析、三维数值模拟、试验研究及数据分析的结果表明,水气射流通风装置在通风除尘及对含有爆炸性气体场所的通风应用方面有一定的可行性。