【摘 要】
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纺织行业在生产过程中会产生大量的纤维颗粒物,弥散到空气中后会沉积在设备表面,对其造成不良影响。当纺织设备配套的巡回吹吸装置在往复运动进行局部清洁,或车间人员采用压缩空气进行日常设备清洁,或受到其他气流干扰时,沉积在设备表面的纤维颗粒物会再次悬浮,导致已经沉积的纤维颗粒物再次弥散至空气中,这一现象对操作环境、生产设备、产品质量、甚至人员健康都会造成不良影响。因此,为了更加高效清洁已沉积的纤维颗粒物,
【基金项目】
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十三五国家重点研发计划“高污染散发类工业建筑环境保障与节能技术的基础研究”(2018YFC0705301); 陕西省重点科技创新团队(2017KCT-14);
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纺织行业在生产过程中会产生大量的纤维颗粒物,弥散到空气中后会沉积在设备表面,对其造成不良影响。当纺织设备配套的巡回吹吸装置在往复运动进行局部清洁,或车间人员采用压缩空气进行日常设备清洁,或受到其他气流干扰时,沉积在设备表面的纤维颗粒物会再次悬浮,导致已经沉积的纤维颗粒物再次弥散至空气中,这一现象对操作环境、生产设备、产品质量、甚至人员健康都会造成不良影响。因此,为了更加高效清洁已沉积的纤维颗粒物,同时控制颗粒物再悬浮后的大范围扩散,改善棉纺车间的室内空气质量,有必要对气流作用下纤维颗粒物的再悬浮特性进行深入研究,为解决这一问题,本研究主要进行了以下工作:通过现场实地调研及采样,借助显微镜观察等基础手段,分析了棉纺车间室内悬浮的纤维颗粒物的形状及尺寸特性,确立了本课题所研究颗粒物的边界条件。基于此,本研究首先对冲击射流流场内纤维颗粒物的力学模型进行了分析,并且选择确定了颗粒再悬浮过程强弱的评价指标。之后,搭建了可观测纤维颗粒物再悬浮过程的实验研究平台,以棉粉颗粒为实验研究对象,研究了颗粒受射流冲击后,从沉积表面脱离发生再悬浮的物理过程。通过设计正交实验,研究分析了射流速度、射流高度、表面积尘量、射流入射夹角及颗粒沉积板表面粗糙度五个影响因素对颗粒再悬浮特性的影响规律。再次,针对显著影响因素作用下的再悬浮过程中颗粒云团的扩散过程、再悬浮率及再悬浮强度进行了定性及定量分析。研究主要结论如下:(1)利用显微镜分析棉纺车间室内悬浮维颗粒物的长度和直径均值分别为417.25μm和13.78μm,为实验研究对象确立了颗粒几何尺寸边界。经测试分析实验用棉粉颗粒长度和直径的均值分别为468.44μm和20.46μm,与棉纺车间悬浮颗粒物几何尺寸相当。同时通过分析气流作用下非球形颗粒物再悬浮的力学方程,得到了影响颗粒再悬浮过程的诸多因素。(2)通过正交实验设计及结果分析发现,结合再悬浮率与再悬浮强度两种指标,颗粒沉积板的粗糙度为颗粒再悬浮强度的主要且高度显著性影响因素,射流速度、射流入射夹角为显著性影响因素,而表面积尘量及射流高度对再悬浮过程的影响不显著。(3)通过对纤维颗粒物再悬浮的动态过程观察发现,颗粒的运动轨迹与冲击射流流场结构相似,此时再悬浮颗粒的运动主要依赖于壁面射流,且纤维颗粒物随气流跟随性较好,颗粒再悬浮情况与冲击射流的壁面剪切力曲线较符合。(4)显著影响因素的单变量控制实验研究结果表明,颗粒的再悬浮能力随粗糙度的增加呈现先增后减的变化趋势,其原因在于表面粗糙度适当增加导致颗粒与表面接触面积减小,进而使得表面与颗粒间的粘附力减小;当粗糙度增加至一定程度时,表面材料的凹坑较大,会阻碍部分颗粒的再悬浮。(5)沉积颗粒在垂直射流冲击下更容易悬浮,再悬浮率及再悬浮强度均随入射夹角增加而逐渐增加,并且当射流入射夹角大于60°(基于本文实验参数设置)时,入射夹角的增加对纤维颗粒再悬浮过程的促进作用减弱。
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