某电极箔厂房液态颗粒物的蒸发迁移特性及内部环境控制方法

摘要

许多生产工艺过程中会存在散发液态颗粒物的高温源项，如电极箔生产车间中的电解槽、氧化铝生产车间中的酸溶反应罐以及造纸车间中的纸机等。由于源项温度较高，加之有些工艺过程不可密闭，生产过程中不断会有大量的液态颗粒物飘逸到环境中。如果液态颗粒物大量聚集且不加以有效控制，会对人员健康、产品质量以及生产设备等造成严重危害。
　　本文基于某工程实例，调研发现，该厂房内部布置了大量的长条形高温敞口槽，由于工艺需求槽体不能完全密封，它们成为了液态颗粒物的散发源项。加之通风系统存在弊病，不能对源项进行有效控制，导致车间内部高温高湿及污染气体不能被及时排除，环境非常恶劣。为了改善车间内部环境，首先需要对液态颗粒物的源相进行有效控制。本文利用CFD及用户自定义函数（UDF），以源相液态颗粒物的散发为切入点，首先探究了液态颗粒物在非等温流场中的蒸发迁移特性的数值模拟方法。对比研究了敏感性参数的不同修正方式对模拟结果的影响，得到对液态颗粒物在非等温流场中散发过程的模拟，可以忽略二元扩散系数的修正，但是液滴表面饱和水蒸汽分压的修正则必不可少。模拟数据对比参考文献中的理论数据验证了模型的有效性。在此基础上研究了液态颗粒物在非等温流场中的蒸发迁移规律，研究结果表明，源项温度、环境中水蒸气浓度以及液滴初始粒径等相关参数都强烈影响着滴的蒸发及运动。研究结果为非等温流场中液态颗粒物控制方法的探究奠定了基础。
　　由于液滴蒸发作用的影响，使得液滴的粒径和受力在运动过程中不断变化，所以液态颗粒物的迁移特性和控制方法与气态污染物和固态颗粒物存在差异。为了对高温源项散发的液态颗粒物进行更加有效的控制，本文进一步对比研究了侧吸罩与上部吸气罩对源项的控制效果的优劣。研究发现，相同排风量条件下上部吸气罩的控制效果不仅更好，而且具有较大裕度。对比研究了上部吸气罩的不同排风动量以及不同安装高度条件下针对液态颗粒物的控制效果，结果发现排风动量减小为设计值的30％时，捕集效率仍然可达98%以上；而捕集效率则随安装高度的增大快速下降，当安装高度为2.5倍的源项水力直径时，捕集效率下降到90%，本文最后指出，如果工艺过程允许，应尽可能使用上部吸气罩，同时其安装高度不宜大于源项水力直径的2倍。
　　另外，由于受到外界的干扰，针对源项的捕集效率通常不会达到100%，当局部排风系统不能有效控制源项时，就会有裹挟液态颗粒物的污染气体飘逸，这时整体环境分析和局部工位的环境控制则显得必不可少。调研发现，由于厂房内部气流组织不合理，车间内部存在很严重的负压现象，不仅会导致局部排风系统运行效率的降低，而且会有负压引入外界污染气体的现象出现，使车间环境更加恶化。利用平行流送风装置送风气流能量密度衰减较慢的特点，可以大大改善厂房内部的气流组织。模拟发现，加装平行流送风装置之后几乎可以达到置换通风的效果，车间内部的温度以及水蒸气浓度出现了明显的分层现象，在呼吸区范围内（1.5m高度以下）创造了良好的环境。同样，利用平行流送风装置送风气流小而均匀的特性，实现了产品和车间环境的隔离效果。为工作人员、产品以及生产设备等提供了有力的保护。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.3 本文研究内容

第二章 数值模拟方法探究

2.1数值模拟理论基础

2.2 模型介绍和非等温流场数值模拟的研究分析

2.3 加载液态颗粒物的两相流模拟方法探究

2.4 敏感性参数修正方式模拟结果分析

2.5本章小结

第三章 非等温流场中液态颗粒物的蒸发迁移特性

3.1模拟方法和参数设置

3.2模拟结果分析

3.3本章小结

第四章 某电极箔厂房室内环境控制方法

4.1车间概况及通风系统调研

4.2现存问题及解决方案

4.3源项控制

4.4整体控制

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

硕士研究生阶段发表论文专利及奖励