旋转射流作用下吸气流动的特性研究_王鹏飞

旋转射流作用下吸气流动的特性研究*王鹏飞1刘荣华2丘汉锋2王维建2(1.中南大学资源与安全工程学院，长沙410083;2.湖南科技大学能源与安全工程学院，湖南湘潭411201)摘要:通过试验对旋转射流作用下吸气流动进行了较全面的研究，研究内容包括临界送风速度、最佳喷口宽度及吸气流场特性等。结果表明:旋转射流作用下吸气流动存在一个临界送风速度，且其与排风量、喷口宽度及射流轴向倾角等因素有关;存在一个临界吹吸比为最小值所对应的最佳喷口宽度;旋转射流屏蔽作用下的抽吸流场具有中部压力较低和提高抽吸能力的作用;旋转射流作用下吸气流动不仅能有效地控制有害物扩散，而且可以实现远距离捕集有害物及以较小的排风量排放有害物。关键词:旋转射流;吸气流动;临界送风速度;流场STUDYONTHECHARACTERISTICSOFSUCTION-AIRFLOWUNDERROTARYJETWangPengfei1LiuRonghua2QiuHanfeng2WangWeijian2(1.SchoolofResourcesandSafetyEngineering，CentralSouthUniversity，Changsha410083，China;2.SchoolofEnergy＆SafetyEngineering，HunanUniversityofScienceandTechnology，Xiangtan411201，China)Abstract:Thesuction-airflowunderrotaryjetwasmadearelativelycomprehensivestudythroughsomeexperiments，whichincludedcriticalvelocity，spoutwidthandthecharacteristicsofthissuction-airflow．Theresultsshowthatthiskindofsuction-airflowhasacriticalvelocitywhichrelatestoexhaustairrate，spoutwidthandairsupplyangle;ithasabestspoutwidthwhoseairsupply-exhaustratioistheleast;Thesuction-airflowundertherotaryjetcaneffectivelycontrolthedeleteriousmaterials，whichgreatlyimprovesthesuction．Therefore，itrealizeslong-distancetrappingandlowvelocityemissionofdeleteriousmaterials．Keywords:rotaryjet;suction-airflow;criticalvelocity;flowfield*国家自然科学基金资助项目(50974060);国家安全监察局安全生产科技发展指导性计划项目(06-396)。0引言普通吸口对于污染物的控制仅依靠单纯的吸气流动，因吸入速度衰减较快，所需排风量随控制点与吸口之间距离增大而急剧增大［1］;另一类吹吸式吸气流动，利用射流与吸气流形成复合气流，该气流具有抗弯能力强，排风量小的优点，但由于其射流的特性，即遇到障碍物时易破裂，使得控制效果恶化［2］;利用射流作用下的吸气流场(但不是两者的复合)虽然在一定程度上提高了抽吸能力，但它的控制能力较小，当粉尘的逃逸速度或有害气体的浮升速度较大时，抽吸效率会大大降低［3-4］;由送风立柱和吸口组成的旋转气幕作用下的吸气流动，由于送风立柱的存在及结构复杂影响操作，而使应用空间受到限制［5］。因此，有必要研究一种新型的吸气流动方式，使之在不影响操作的前提下，既有良好的控制效果，又可以减小控制污染物所需的排风量。人造龙卷风控制抽吸的设想为防止有害物的扩散和进行远距离控制抽吸提出了新的理论和方法［6-7］。通过在普通吸口边缘设置环形射流口，并采取一定的加旋措施，诱导出具有一定旋转速度的环形射流，并在吸口吸气流的共同作用下形成新型旋转射流作用下吸气流动控制气流［8］。为了更好的研究和利用这种吸气流动，本文通过试验来分析此种旋转射流作用下吸气流动耦合流场特性，揭示其作用机理，为推广应用这一新技术提供可靠的理论依据。1试验装置为了进行相关的试验研究，笔者设计出具有内、外两层的新型组合吸口，如图1所示。将气流沿切向方向导入组合吸口内、外两层之间的夹层，气流经过85环境工程2011年6月第29卷第3期DOI:10.13205/j.hjgc.2011.03.023夹层加旋后从环形喷口喷出，从喷口喷出的气流即为旋转射流。在通风实验室搭建一套吸气系统和吹气系统组