机械加工厂内油性颗粒物特性、分布特征及去除机理研究

摘要

流行病学研究表明超细颗粒物被人体吸入之后可以造成人体多部位器官的发炎、病变，甚至是癌症，由于工业厂房中的这种超细颗粒物的浓度往往很高，所以本文将对工业厂房中的颗粒物做深入研究，力求降低其对人产生的危害。
　　首先对机械加工厂内不同工艺产生的颗粒物的物理化学性质进行了研究，并探究他们与各种工艺散发之间的关系。本文利用测量的方法得到颗粒浓度，粒径，成分，组成以及油质比的信息，然后根据不同工艺的加工特征来分析他们之间的关系，结果表明，虽然工艺散发的颗粒会有所不同，但是都是大量的超细颗粒物，形态主要为球状，片状，也有珊瑚状；铁和硅为主要元素；大部分颗粒是由四氧化铁凝结核和油性包裹外层组成；油的含量平均达80％以上，粒径越小含油量越高。当加工工具与工件之间的摩擦频率越高，加工过程使得工件发生塑性变形或者冷却液中含有的水分较低都会增加颗粒的有害性。
　　根据所研究的颗粒物的组成，结合人体呼入这样的颗粒后这两种组成部分在呼吸系统内的生物反应，本文发展了一套针对这种油性包裹氧化铁凝结核颗粒的暴露评估策略。这套策略将油性部分和氧化铁部分分开考虑，用质量分布作为特征参数评估油在人身体内的沉积，而表面积分布作为凝结核在人身体内的沉积特征参数，结果表明这种评估方法会与一般的仅用一个特征参数的评估结果有很大的不同，由于这种方法是基于颗粒的特征，结合颗粒在人体内的生物反应而发展的，所以更具有实际意义。
　　暴露于这样的颗粒对人的健康造成损害，所以厂房内需要有一个好的气流组织将颗粒的分布进行有效的控制，本文利用CFD建立了用于评估具有复杂边界条件，多尺度厂房的通风表现的模型，该模型考虑了渗透风，热浮力，颗粒沉降等影响因素，并仅需用少量的现场测量数据进行验证，结果表明，该模型可以很好的预测机械加工厂的通风表现，置换通风结合屋顶排风有良好的通风表现，有效降低工人暴露。
　　为了彻底的去除这些颗粒，本文从实验和理论上研究了油性颗粒过滤的表现和影响因素，实验结果表明油性颗粒过滤可以分为初始阶段，过渡阶段和准平衡阶段，过滤压降从缓慢上升到迅速上升然后不变，效率则是开始下降，经波动后达到定值，而如果油的含量发生改变，会影响颗粒的粒径和粘度，粘度又会进一步影响滤料的饱和率，从而改变效率，根据建立的新的效率模型可以发现，当油的含量的改变使得过滤的饱和率高于0.5以后，效率大幅下降，尤其是粒径在30 nm和500nm左右的颗粒。

目录

声明

主要符号表

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容和意义

第2章 机械加工厂内油性颗粒物的物理化学性质

2.1 引论

2.2 工厂描述

2.3 现场采样

2.4 物理性质分析

2.5 化学性质分析

2.6 颗粒物理化学性质与散发源之间的关系

2.7 小结

第3章 机械加工厂内油性颗粒物的暴露评估策略

3.1 引论

3.2 油性颗粒暴露评估策略

3.3 暴露评估结果

3.4 小结

第4章 机械加工厂内通风表现评估模型

4.1 引论

4.2 工业厂房通风表现评估模型

4.3 工厂模型的验证及通风方式评估结果

4.4 小结

第5章 机械加工厂内油性颗粒物过滤表现及机理

5.1 引论

5.2 油性颗粒过滤实验系统

5.3 油性颗粒物过滤效率模型

5.4 实验和模型结果以及影响因素

5.5 小结

第6章 结论、创新点和展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

发表论文、专利和参加科研情况说明

致谢