第三章 部排风罩【高等教学】

1、第3章 局部排风罩,1,行业学习,基本要求： 熟悉局部排风罩的基本形式；掌握各种局部排风罩的原理；掌握各种局部排风罩口的气力运动规律和风量计算方法；掌握控制风速法和流量比法的应用。 重 点： 局部排风罩的工作原理和风量计算方法，尤其要熟练掌握外部吸气罩、热源接受罩和吹吸式排风罩的工作原理和设计计算方法。 难 点： 正确设计计算外部吸气罩、热源接受罩和吹吸式排风罩的排风量，控制风速法和流量比法的应用,本章重点、难点,2,行业学习,本章主要内容,3.1、概述,3.2、密闭罩,3.3、柜式排风罩,3.4、外部吸气罩,3.5、接受罩,3.6、槽边排风罩,3.7、大门空气幕,3.8、 吹吸式排风罩,3,

2、行业学习,3.1 局部排风罩概述,适用：放散热、蒸汽或有害物质的建筑物，宜采用局部排风。污染源固定的地方，一定要采用局部排风措施。 功能： 捕集有害物 控制其扩散 特点： 结构简单，结合生产工艺 设计完善的局部排风罩,以较小的排风量达到最佳效果 清除污染，局部排风优先采用，当局部排风达不到卫生要求时，应辅以全面通风,4,行业学习,基本形式,密闭罩 柜式排风罩（通风柜） 外部吸气罩 接收式排风罩 吹吸式排风罩,5,行业学习,设计注意事项,靠近污染源 气流方向与污染源方向一致 污染气流不通过呼吸区 力求结构简单、造价低，便于安装拆卸 与工艺密切结合，协调一致 避免干扰气流，有效防止污染物扩散,局部

3、排风罩设计的主要内容：形式、几何形状、风量、位置等,6,行业学习,3.2 密闭罩,1、概念：有害物源全部密闭，只留操作口；从罩外吸入空气；罩内污染空气由上部排风口排出,2、优点：小风量达到控制效果，外部气流干扰小,3、缺点：不能了解罩内情况，影响检修,7,行业学习,4、种类,局部密闭罩,整体密闭罩,大容积密闭罩,密闭空间由小到大,局部密闭罩： 局部产尘点进行密闭，产尘设备及传动装置留在罩外，便于观察和检修。罩的容积小，排风量少，经济性好。适用于含尘气流速度低，连续扬尘和瞬时增压不大的扬尘点,8,行业学习,4、种类,局部密闭罩,整体密闭罩,大容积密闭罩,密闭空间由小到大,整体密闭罩： 产尘设备大

4、部或全部密闭，只有传动部分留在罩外。适用于有振动或含尘气流速度高的设备,9,行业学习,4、种类,局部密闭罩,整体密闭罩,大容积密闭罩,密闭空间由小到大,大容积密闭罩 （密闭小室） 振动筛的密闭小室，振动筛，提升机等设备全部密闭在小室内。工人可直接进入小室检修和更换筛网。密闭小室容积大，适用于多点产尘；阵发性产尘，含尘气流速度高和设备检修频繁的场合。它的缺点是，占地面积大，材料消耗多,10,行业学习,5、排风口位置设置,如何产生 正压,排风口应设在罩内压力最高的部位，防止罩内出现正压。 不应在含尘气流浓度高的部位或飞溅区内，以避免把过多的物料或粉尘吸入通风系统，增加除尘器负担,11,行业学习,排

5、风口位于罩顶部,高浓度尘点,分析,整个空间较为均衡,12,行业学习,物料运动,排风口位于罩顶部,高浓度尘点：罩下部,分析,13,行业学习,排风口位于下部,正压点在下,分析,存在温差,热料,上、下同排,温度不太高,排风口考虑上部,温度大于150,输送冷料,输送热料,14,行业学习,结论： 排风口位置设在罩内压力最高点 排风口位置设在罩内产尘浓度最低点 罩口风速不宜过高,筛落的极细粉尘 v=0.40.6m/s 粉碎和研磨的细粉 v2.0m/s 粗颗粒物料 v2.0m/s,15,行业学习,6、排风量的确定,式中： L1 物料下落时诱导空气量 L2 孔口和缝隙漏入空气量 L3 鼓入空气量 L4 热膨胀

6、增加空气量,16,行业学习,也可以按照换气次数来计算风量,n换气次数，次/分钟； V密闭室的容积,换气次数的多少视有害物浓度和工作情况而定，一般可取69次/分钟,对于密闭小室还可以按截面风速来计算,F密闭小室横截面积； v垂直于截面的平均风速，一般取0.250.5m/s,17,行业学习,3.3 柜式排风罩,1、结构和原理,柜式排风罩，又称通风柜，工作原理和结构与密闭罩相似，由于工艺的需要，罩的一面设有可开闭的操作孔或观察孔。为防止有害物逸出，需在孔口造成一定的吸入速度,18,行业学习,2、分类,吸气式通风柜,单纯依靠排风的作用，在工作孔上造成一定的吸入速度，防止污染物外逸,19,行业学习,吹吸

7、联合工作的通风柜,送风式通风柜,2、分类,20,行业学习,3、排风量,柜内的污染气体发生量，m3/s,工作孔上的控制风速，m/s,工作孔或缝隙面积，m2,安全系数，取1.11.2,表3-1 通风柜工作孔控制风速的规定,21,行业学习,4、气流组织,通风柜工作孔速度分布、排气孔位置对污染物的控制效果影响很大,上抽风冷过程通风柜,下抽风冷过程通风柜,22,行业学习,下部吸气热过程通风柜,上下同时吸气通风柜,结论：充分考虑热压的作用，合理布置排风口位置,23,行业学习,3.4 外部吸气罩,1、概念 依靠罩口抽吸作用在有害物发散地点形成气流运动，将污染物吸入罩内,控制点,关键：保证最远处适当风速,24

8、,行业学习,控制风速： 控制点的空气运动速度，也称吸入速度,实际吸入速度,注意区分,目标：研究风量 L 与控制风速 之间的关系,25,行业学习,2、吸气口气流运动规律,假设：将吸气口简化为点,自由空间吸气口,受限空间吸气口,26,行业学习,3、前面无障碍时外部吸气罩排风量计算,四周无法兰边的圆形吸气口情况,模式1： 实验结果1,应用条件： x1.5d,风速分布规律,风量,速度衰减很快,某点距离吸气口距离/吸气口直径,V0,Vx,27,行业学习,模式2： 实验结果2,四周有法兰边的圆形吸气口情况,风速分布规律,风量,达到同样控制风速的情况下，有法兰边需风量为无法兰边风量的75,法兰边总宽度可近似

9、取为罩口宽度，超过此数据时，对罩口速度分布没有明显影响,28,行业学习,模式3,模型,实例：工作台上侧吸罩,处理方式： 假象为大排风罩的一半，则有,实际风量,应用条件,29,行业学习,特别： 矩形吸气口情况,宽/高,条缝形排风口（b/a0.2,国外公式 无法兰边,有法兰边,设计时也可以用右表计算,矩形吸气口速度计算图,30,行业学习,教材第40页例3-1】 有一尺寸为300600mm的矩形排风罩(四周无边)，要求在距罩口x=900mm处，造成vx=0.25m/s的吸入速度，计算该排风罩的排风量。 解 b/a=600/300=1/2 x/b=900/300=3.0 由图9-23查得vx/v0=0

10、.037 罩口上平均风速v0=vx/0.037=0.25/0.037=6.76m/s 罩口排风量 L=3600v0F=36006.760.30.6=4380 m3/h,对于四周有边的矩形吸气口，其排风量修正可与公式(3-9)相同，即为无法兰边时的75,31,行业学习,教材第40页例3-2,300mm600mm,600mm600mm,b/a=1 x/b=1 查表Vx/V0=0.13,32,行业学习,总结,外部吸气罩风量求解的关键：求解控制风速。 控制风速一般通过实测求得，也可参考下表,教材P40 表3-3,33,行业学习,4、前面有障碍时外部吸气罩排风量计算,高度： H0.3a(罩口长边)； 罩

11、口尺寸： 矩形：a+0.8H b+0.8H 圆形：B+0.8H,34,行业学习,4、前面有障碍时外部吸气罩排风量计算,vx,式中： P 排风罩口敞开面的周长，m； H 罩口至污染源的距离，m； Vx边缘控制点的控制风速，m/s； K 考虑沿高度分布不均匀的安全系 数，通常取1.4,排风量计算公式,35,行业学习,5、外部吸气罩的注意问题,速度衰减很快 吸气口气流近似呈球形 ，侧边横向气流影响了有效风量,在四周设固定或活动挡板,问题一：缺陷,36,行业学习,问题二： 排风罩性能 罩口速度分布,扩张角,1、分割成几个小排风罩,结论：=3060时阻力最小,重要影响,罩口面积过大,2、在罩内设挡板,3

12、、设气流分布板,罩口轴心速度,平均速度,37,行业学习,38,行业学习,把一个大的排尘罩分割成几个小的排尘罩，以达到满足=3060的要求,39,行业学习,教材第42页 例3-3】 例9-3 有一浸漆槽槽面尺寸为0.61.0m，为排除有机溶剂蒸气，在槽上方设排风罩，罩口至槽面距离H=0.4m，罩的一个长边设有固定挡板，计算排风罩排风量。 解：根据表3-3取vx=0.25m/s 罩口尺寸 长边A=1.0+0.40.42=1.32m 短边B=0.6+0.40.42=0.92m 因一边设有挡板，罩口周长 P=1.32+0.922=3.16m 根据公式（9-14），排风量 L=KPHvx=1.43.16

13、0.40.25=0.44m3/s,40,行业学习,方法总结,上述计算方法的核心是边缘控制点上的控制风速，就是使排风量在边缘控制点上形成能使有害物吸入罩内的控制风速，故该方法称为控制风速法。 控制风速法计算排风量的依据是实验求得的排风罩口速度分布曲线，这些曲线是在没有污染源的情况下求得的,41,行业学习,当考虑污染气体时，外部吸气罩的排风量应为,式中：L1 污染气体发生量； L2 从罩口周围吸入的空气量,存在问题： 边缘控制点上的实际控制风速将小于设计风速。 应用时适当加大控制风速，因此主要应用于L10的冷过程,同时考虑污染气体和周围气流的气体运动规律流量比法,42,行业学习,合成气流流场,随着

14、L2的增大，分界线会向罩内移动，污染物从罩内泄漏的可能性小，控制效果好,总排风量,式中，K为流量比,结论： 合理的K值是吸气罩高效、安全的核心内容,污染气体发生量,本质：对污染物配以一定比例的风量,吸入的空气量,6、流量比法,43,行业学习,扩展,K值随周围吸入气流量L2的减小而减小，分界线逐渐外移,极限流量比,实际情况KL计算是通过实验研究得出的。研究表明,KL与污染气体发生量无关，只与污染源和罩的相对尺寸有关,流量比,44,行业学习,实验研究表明,应用范围,增大F3可减小吸气范围，使KL减小； 当 时，对KL不再有影响,L1,影响KL主要因素是 和 ， 其中 是主要因素，设计时要求达到,4

15、5,行业学习,实际排风量,考虑污染气体和周围空气温差,为污染气体与周围气体温差,式中,m为考虑干扰气流影响的安全系数。 KD为设计流量比,表3-5 安全系数m,46,行业学习,例题,有一浸漆槽槽面尺寸为600600mm，槽内污染物发散速度为0.25m/s，室内横行风速为0.3m/s。在槽上部350mm处设外部吸气罩。用流量比法计算吸气罩的风量。罩的尺寸与控制风速法相同,解答： 污染物的发散量L1=0.250.60.6=0.09m3/s 罩子的尺寸为：a=b=0.6+0.8H=0.88m 故，H=0.35m，E=0.6m， F3=0.88m 由公式,47,行业学习,F3,F3,U,E,H,E,l

16、,侧吸罩,H,教材P45 例3-4,48,行业学习,流量比法应用注意事项： 1、极限流量比KL的计算式都是在特定条件下通过实验求得的，计算时应注意这些公式的适应范围。由于气流运动的复杂性，流量比法同样有某些不完善之处，如安全系数过大，有待研究改进。 2、流量比法是以污染气体发生量L1为基础进行计算。L1应根据实测的发散速度和发散面积确定。如果无法确切计算污染气体发生量，建议仍按控制风速法计算。 3、周围干扰气流对排风量有很大影响，在可能条件下应设法减弱它的影响。V0尽可能实测确定,49,行业学习,流量比法公式总结,无温差时的极限流量比,温度修正后的极限流量比,排尘罩最终的需风量,排尘罩的需风量

17、,50,行业学习,9.5 热源上部接受罩,1）设备本身会产生或诱导一定的气流运动，带动有害物运动； 2）接受罩断面尺寸应不小于罩口处污染气流的尺寸,1、特征,51,行业学习,12)B,H,Z,点源,对流热射流结构,2、热源上部的热射流,生产设备本身散发的热射流 高温设备表面热辐射形成的热射流,1）热射流形式,把它近似看成是从一个点源以一定的角度扩散上升,在距离热源(1-2)B的高度发生收缩，断面最小，流速最大,52,行业学习,排风量计算的思路,根据热源上排风罩的安装高度H，分为低悬罩和高悬罩两类,Lx,L1,L1,低悬罩,高悬罩,式中，AP为热源的水平投影面积,式中，Lx污染源进入罩口的热流量

18、 L1吸入周围的空气量,53,行业学习,2）热射流实验研究结果,54,行业学习,比较实验研究结果，选用文献11公式,在H/B=0.97.4的范围内，在不同高度上热射流流量,式中：Q热源的对流散热量，kJ/s； H热源至计算断面距离，m； B热源水平投影直径或长边距离，m,又有,那么,55,行业学习,一般认为射流收缩面至热源距离为,当热源水平投影为圆形时,收缩面上流量,对于低悬罩,取收缩断面上的流量,56,行业学习,热源的对流散热量,式中：F热源放热面积，m2； t热源表面与周围空气温差，； 对流放热系数， J/m2s A系数，水平面，A=1.7；竖直面，A=1.13,57,行业学习,排风量,式

19、中： L0 收缩断面上热射流流量，m3/s； F罩口的扩大面积，罩口面积减热射流面积； V扩大面积上空气的吸入速度，0.50.75m/s,低悬罩尺寸,2）横向气流影响较大,圆形罩口,矩形罩口,1）横向气流影响较小,排风罩口尺寸比热源尺寸扩大150200mm,58,行业学习,某一高度上热射流断面直径,Lx,L1,L1,对于高悬罩,为收缩断面上的流量,DZ,排风量,高悬罩尺寸,若罩口为圆形,59,行业学习,高悬罩排风量大，易受横向气流的影响，工作不稳定，设计时应尽可能降低其安装高度。 条件许可时在接受罩上设活动卷帘。如图所示,60,行业学习,例3-5 某金属熔化炉，炉内金属温度为500，周围空气温

20、度为20，散热面为水平面，直径B=0.7m，在热设备上方0.5m处设接受罩，计算其排风量。 解,热源的对流散热量为,热射流收缩断面上的流量 Q0=0.167Q 1/3B 3/2=0.167 (2.46)1/3(0.7)3/2 =0.32m3/s 罩口断面直径D1=B+200=700+200=900mm 取v=0.5m/s 排风罩排风量L=L0+vF=0.132+(3.14 (0.92-0.72) /4) 0.5 =0.45m3/s,故该接受罩为低悬罩,61,行业学习,习题,尺寸为0.761.22m的水平铅熔炼炉，金属温度为370，在炉子上部2.44m设接受式排气罩，周围空气为30，求排气罩的尺

21、寸和排气量,故为高悬罩,确定罩的尺寸,确定罩口处热射流的断面的尺寸,故，取罩口尺寸为43.6m,62,行业学习,罩口断面上热射流的流量： LZ=0.04Q 1/3(H+1.26B) 3/2=0.043.741/33.98 3/2=0.49m3/s,取v=0.5m/s 排风罩排风量L=LZ+vF=0.49+0.5(4.03.6-2.11.64) =5.97m3/s=21496m3/h,对流散热量,63,行业学习,9.6 槽边排风罩,槽边排风罩是外部吸气罩的一种特殊形式。在槽边上高置的条缝形吸气口,一、槽边排风罩形式,单侧,双侧,吹吸式,图3-39 平口式双侧槽边排风罩,根据槽宽,图3-40 条缝

22、式双侧槽边排风罩,64,行业学习,周边式：多用于圆槽或近似方形槽,65,行业学习,平口式,条缝式,低截面,高截面,根据排风口形式,1)平口式槽边排风罩 因吸气口上不设法兰边，吸气范围大。但是当槽靠墙布置时，如同设置了法兰边一样，吸气范围由1.5减小为 0.5，减小了吸气范围，排风量会相应减小,66,行业学习,2)条缝式槽边排风罩,条缝式槽边排风罩的特点是截面高度E较大，E=250mm的称为高截面，E=200mm的称为低截面。增大截面高度如同设置了法兰边一样，可以减小吸气范围。因此，它的排风量比平口式的小。它的缺点是占用空间大，对手工操作有一定影响。目前条缝式槽边排风罩广泛应用于电镀车间的自动生

23、产线上,67,行业学习,条缝式槽边排气罩的条缝形式及安装位置,常用断面尺寸(EF)有三种： 250200mm 250250mm 200200mm,二、条缝式槽边排气罩,高截面,68,行业学习,等高条缝：条缝式槽边排风罩上的条缝口高度沿长度方向不变,1、减小条缝口面积与罩横断面面积之比 f/F1 愈小，速度分布愈均匀， f/F10.3认为近似均匀,如何保证条缝口速度分布均匀,2、将槽口细分 槽长大于1500mm时沿长度 分为23 个排风罩,3、采用楔形条缝口,h0为条缝口平均高度,69,行业学习,三、条缝式槽边排风罩风量,1、高截面单侧排风,2、低截面单侧排风,3、高截面双侧排风（总风量,4、低

24、截面双侧排风（总风量,5、高截面周边型排风,6、低截面周边型排风,式中： A为槽长，m；B为槽宽，m； D为圆槽直径，m； Vx为边缘控制点的控制风速，m/s。附录8 P242,70,行业学习,四、条缝式槽边排风罩阻力,式中： 为局部阻力系数， =2.34； v0为条缝口上空气流速，m/s； 为周围空气密度，kg/m3,71,行业学习,例 长A=1m，宽B=0.8m的酸性镀铜槽，槽内溶液温度等于室温。设计该槽上的槽边排风罩。 解 因B700mm，采用双侧。 根据国家标准设计，条缝式槽边排风罩的断面尺寸（E*F）共有三种： 250200mm、250250mm、200200mm。本题选用EF=25

25、0250mm。 控制风速 Vx=0.3m/s 总排风量,每一侧的排风量 L=L/2=0.4/2=0.2 m3/s 假设条缝口风速 V0=8m/s 采用等高条缝，条缝口面积f=Q/v0=0.2/8=0.025 m2 条缝口高度 h0=f/A=0.025/1m=25mm； f/F1=0.025/0.250.25=0.40.3 为保证条缝口上速度分布均匀，在每一侧分设两个罩子。 因此， f/F1=f/2/F1=0.025/2/(0.250.25)=0.20.3 阻力,72,行业学习,9.7 大门空气幕,一、概念,在大门上设置条缝形送风口，利用高速气流所形成的气幕隔断室内外空气，这种装置成为大门空气幕

26、,二、形式,1）侧送式空气幕,单侧 双侧,1、根据送风装置安装位置分,73,行业学习,2）下送式空气幕 优点：冬季阻挡室外冷风效果比侧送式好； 缺点：易使地面灰尘吹起； 适用：运输工具通过时间短，工作场所较为清洁,74,行业学习,3）上送式空气幕 一般由贯流风机直接送风。 特点：送风风速低6m/s； 卷入气流少； 优点：喷出气流卫生条件好，安装简便，占用空间小，不影响建筑美观。 适用：生产车间大门（不设回风口，称为简易空气幕） 通过人的公共建筑大门，如宾馆、超市、商场等,75,行业学习,2、根据送风温度分,1）热空气幕 内设加热器，适用于寒冷地区 2）等温空气幕 非严寒地区 3）冷空气幕 内设

27、冷却器，用于炎热地区,76,行业学习,三、理论基础平面射流,1、概念 空气从孔口或管嘴出流后，在空间形成一股气流，称空气射流。 2、结构 3、特性 1）卷吸作用 2）射流范围不断扩大 3）射流流量不断增加 4）射流核心不断缩小 5）各断面风速分布的相似性,L0,2b0,77,行业学习,起始段长度,主体段：L0,轴心速度Vm与出口流速V0的关系,平均流度V1与出口流速V0的关系,末端流量Q与出口流量Q0的关系,平均流度V1与轴心流速Vm的关系,78,行业学习,四、下（侧）送式空气幕风量计算,方程：室外气流(假定为均匀气流) 流函数,出风口平面射流流函数,两股势流叠加的流函数,V0射流出口流速，m

28、/s； b0吹风口宽度，m； a出风口紊流系数； 射流出口轴线与x轴夹角,问题：计算下送式大门空气幕的风量,79,行业学习,边界条件（大门处）,X=0、y=0时， =0,X=H、y=0时,则流入大门内的空气量为,令,B为大门宽度，m ； H为大门高度，m,80,行业学习,则,其中： 代入上式有,定义空气幕效率为空气幕所能阻挡的室外空气量率,则有,式中： L0 空气幕吹风量，m3/s； Lw空气幕不工作时室外空气侵入量，m3/s； Lw空气幕工作时室外空气侵入量，m3/s,81,行业学习,例3-7 已知大门尺寸为33m，室外风速vw=2m/s，室外空气温度tw=-20，室内空气tn=15,不考虑

29、热风压作用。在大门上采用侧送式空气幕，计算空气幕的吹风量。要求空气幕的混合温度为10 ，计算送风温度t0及空气幕所需的加热量,思路】由于射流具有卷吸特性，空气幕吹风量和射流末端风量不等，其差值主要来源于平面射流两侧的卷吸量。 现已知末端温度、室外温度、室内温度，求送风温度，则需知道各部分风量，利用能量平衡原理则可求解,解：因不考虑热风压作用，只有室外风作用，空气幕不工作时流入室内的室外空气量Lw=HBvx=332=18m3/s,设=40，紊流系数a=0.2，查表3-8得 =0.45,设空气幕的效率=100%，吹风口宽度b0=0.2m,空气幕吹风量,82,行业学习,空气幕的平面射流在射流末端的空

30、气量为,则卷入射流的室外空气量为,根据热平衡方程有,解得,空气幕加热器的加热量,83,行业学习,设计参数的选取,送风口宽度,射流的吹出角,单位门宽的送风量,送风量也可由下式确定,空气幕总送风量,五、上送式空气幕风量计算,84,行业学习,例题,有一大门，如图所示，高度H=2.5m，宽度B=4m，室外风速Vw=2m/s，采用上送式空气幕，确定有关参数,选送风口宽度b0=0.15H=0.38m 吹出口角度0=30,单位门宽的送风量,空气幕总送风量,送风口风速,85,行业学习,进行校验,为安全考虑，重新计算，选v0=5m/s，取,送风口宽度,回风口宽度,86,行业学习,9.8 吹吸式排风罩,一、概念

31、利用射流作为动力，把有害物输送到排风罩口由其排除，或者利用射流阻挡、控制有害物的扩散,87,行业学习,88,行业学习,吹和吸的速度分布比较图,89,行业学习,二、特点 吹吸式通风依靠吹、吸气流的联合工作进行有害物的控制和输送，它具有风量小、污染控制效果好、抗干扰能力强、不影响工艺操作等特点。近年来在国内外得到日益广泛的应用,三、吹吸式排风罩风量计算 计算方法,速度控制法,流量比法,90,行业学习,1、速度控制法,思想,吹吸气流对污染物的控制主要是受吹出气流的速度与作用在吹吸气流上的污染气流（或横向气流）的速度之比,工业槽 设计参数要求,1）吸风口前射流平均风速,2）吸风口风量应为射流末端风量的1.11.25倍,3）吹风口高度为 b0=（0.010.15）H 吹风口高度应大于57mm；出口流速不大于1012m/s,4）吸风口速度,前苏联巴杜林的计算方法,91,行业学习,例 某工业槽宽H=2.0m、长l=2m，槽内溶液温度t=40，采用吹吸式排风罩。计算吹、吸风量及吹、吸风口高度,1）吸风口前射流末端平均风速,2）吹风口高度,3）计算吹风口出口流速v0,认为射流末端的轴心风速,根据平面射流计算式,4）吹风口风量,5）吹风口前射流量,6）吸风口排风