第四章潔凈室塵粒分布計(jì)算理論

第四章潔凈室塵粒分布計(jì)算理論第1頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月吊頂過(guò)濾器（高效）三級(jí)潔凈室空調(diào)系統(tǒng)

新風(fēng)機(jī)組前級(jí)過(guò)濾器新風(fēng)機(jī)組中級(jí)過(guò)濾器

循環(huán)機(jī)組前級(jí)過(guò)濾器（中效）新風(fēng)機(jī)組循環(huán)機(jī)組前級(jí)過(guò)濾器中級(jí)過(guò)濾器前級(jí)過(guò)濾器潔凈室第2頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1）在采用一次回風(fēng)時(shí)，風(fēng)機(jī)也可設(shè)在溫濕度處理室之前。2）當(dāng)系統(tǒng)阻力較大等原因，回風(fēng)管可設(shè)回風(fēng)機(jī)。3）中效過(guò)濾器一般設(shè)置在系統(tǒng)的正壓段，以防止外界空氣滲入系統(tǒng)。4）高效過(guò)濾器應(yīng)布置在靠近潔凈室的送風(fēng)口。5）為防止系統(tǒng)停止運(yùn)行后外空氣經(jīng)回風(fēng)管進(jìn)入潔凈室，可在新風(fēng)入口管段設(shè)置電動(dòng)密閉閥或中效過(guò)濾器，或在風(fēng)機(jī)處并聯(lián)一個(gè)維持潔凈室正壓的值班風(fēng)機(jī)。6）凡生產(chǎn)中產(chǎn)生大量有害物質(zhì)且局部處理不能滿足衛(wèi)生要求，或?qū)ζ渌ば蛴形：r(shí)，則不能回風(fēng)，采用直流式凈化系統(tǒng)。7）單向流和非單向流潔凈室間以及運(yùn)行班次和使用時(shí)間不同的潔凈室，其凈化空調(diào)系統(tǒng)均直分開設(shè)置。系統(tǒng)說(shuō)明：第3頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.亂流潔凈室含塵濃度計(jì)算式系統(tǒng)假設(shè)：認(rèn)為室內(nèi)含塵濃度是均勻分布的；假設(shè)通風(fēng)是穩(wěn)定的；發(fā)塵量是常數(shù)；大氣層濃度也是常數(shù)；忽略室內(nèi)外灰塵的密度和分散度的變化對(duì)過(guò)濾器效率的影響；忽略灰塵在管路系統(tǒng)和室內(nèi)的沉降作用等。則通路上過(guò)濾器的總效率為ηn如果新風(fēng)路上有過(guò)濾器的組合，則η1第4頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

根據(jù)上述圖示和一系列假設(shè)，進(jìn)入潔凈室內(nèi)的塵粒應(yīng)由3部分組成：（1）新風(fēng)帶進(jìn)室內(nèi)的塵粒：在Δt時(shí)間內(nèi)每升空氣由新風(fēng)而增加的塵粒數(shù)量為：（2）由回風(fēng)帶進(jìn)室內(nèi)的塵粒：在Δt時(shí)間內(nèi)，由回風(fēng)而增加的塵粒數(shù)為：（3）在Δt時(shí)間內(nèi)：①室內(nèi)發(fā)塵而使室內(nèi)每升空氣增加的塵粒數(shù)量為G×10-3Δt(pc/L)；②在Δt時(shí)間內(nèi)室內(nèi)每升空氣由通風(fēng)換氣排出的塵粒數(shù)量為：粒/L粒/L粒/L第5頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

由以上分析可知，在Δt時(shí)間內(nèi)潔凈室內(nèi)含塵濃度的變化為：ΔNt=進(jìn)入的含塵濃度－排出的含塵濃度=

＋

＋G×10-3Δt】－

根據(jù)初始條件，當(dāng)t=0時(shí)，室內(nèi)的含塵濃度即為潔凈室原始含塵濃度N0,將此條件帶入上式即可求出積分常數(shù)C，之后再帶回原式即可求得潔凈室含塵濃度瞬時(shí)式為：即t→∞時(shí)，從理論上講，室內(nèi)的含塵濃度趨于穩(wěn)定狀態(tài)。即：

應(yīng)用此式時(shí)，需要注意系統(tǒng)中哪些過(guò)濾器組合效率是ηn，哪些是ηr，就可以較方便的列出某一系統(tǒng)的穩(wěn)定式。單室濃度穩(wěn)定式：第6頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月各種過(guò)濾器不同布置的系統(tǒng)：第7頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月含塵濃度瞬時(shí)式和穩(wěn)定式的關(guān)系：凈化過(guò)程：污染過(guò)程：瞬時(shí)式和穩(wěn)定式的關(guān)系式：第8頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.多室、有局部?jī)艋O(shè)備時(shí)的含塵濃度計(jì)算（1）多室含塵濃度計(jì)算。圖為多室并聯(lián)的情況。設(shè)第1潔凈室的含塵濃度N1=3pc/L，第2潔凈室N2=3000pc/L。

一般多室系統(tǒng)總回風(fēng)的含塵濃度不會(huì)超過(guò)該系統(tǒng)最臟的1個(gè)潔凈室的含塵濃度，就本圖而言，則不會(huì)超過(guò)N2=3000pc/L。若假定3000pc/L就是總回風(fēng)含塵濃度，即比N1提高1000倍。所以對(duì)于多室系統(tǒng)的1室來(lái)說(shuō)，極端情況相當(dāng)于在回風(fēng)含塵濃度提出1000倍條件下的單室系統(tǒng)的運(yùn)行。其含塵濃度平衡方程式為：

化簡(jiǎn)得：

式中，N1—多室系統(tǒng)1室的含塵濃度，pc/L。NsQs第9頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

由于回風(fēng)通路上設(shè)有高效過(guò)濾器，對(duì)于不小于0.5um塵粒的效率達(dá)ηr=0.99999,則式（6.21）中1-ηr=0.00001，即：[1－103×s(1－ηr)]≈[1－s(1－ηr)]≈1。N1≈N

式中N—單室系統(tǒng)時(shí)的含塵濃度。上述分析推導(dǎo)說(shuō)明，對(duì)于末級(jí)過(guò)濾器是高效過(guò)濾器的空氣凈化系統(tǒng)，則不管是多室系統(tǒng)還是單室系統(tǒng)，均可按單室的穩(wěn)定式求多室系統(tǒng)中各室的穩(wěn)定含塵濃度。

（2）有局部?jī)艋O(shè)備時(shí)的含塵濃度計(jì)算列出穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的濃度平衡方程式：第10頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月化簡(jiǎn)得：進(jìn)一步化簡(jiǎn)得：因η’≈1，而上式又可寫成：最后化簡(jiǎn)得：?jiǎn)蜗蛄?層流)潔凈室含塵濃度計(jì)算：

1.單向流潔凈室內(nèi)人的發(fā)塵可以不考慮；

2.回風(fēng)帶入的塵粒也可忽略。第11頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.潔凈室不均勻分布的影響因素：1）氣流組織的影響算值高得多。2）送風(fēng)口數(shù)量的影響§4-2不均勻分布理論計(jì)算法第12頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3）換氣次數(shù)的影響4）送風(fēng)口型式的影響第13頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4）送風(fēng)口型式的影響第14頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.不均勻分布理論分析

假定發(fā)塵量是均勻的、穩(wěn)定的，只是塵粒分布不均勻，即室內(nèi)各區(qū)域存在著的濃度差。

下面將針對(duì)單個(gè)送風(fēng)口的房間的3區(qū)不均勻分布模型給予理論分析,如右圖所示。三區(qū)不均勻分布模型

⑴.在主流區(qū)內(nèi)，由于工作區(qū)以上有一定風(fēng)速，塵源

是不可能逆著氣流均勻擴(kuò)散的。主流區(qū)內(nèi)的塵源散發(fā)出的塵粒將隨著氣流稍有擴(kuò)展地沿氣流方向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入回風(fēng)區(qū)并在該區(qū)得到一定程度的混合，一部分由回風(fēng)口排出，一部分折回渦流區(qū)，在渦流區(qū)內(nèi)分布，并隨著主流區(qū)引帶的氣流較均勻地貫穿整個(gè)主流區(qū)。

第15頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月下表列出了室內(nèi)塵粒分布的不均勻性和區(qū)域間濃度比變化。工作區(qū)濃度和回風(fēng)區(qū)濃度的比率(Na/Nc)表：離地面高度/m0.40.80.91

≥

塵?？倲?shù)/（pc/L）87646159對(duì)0.4m處濃度的比率/%--747067

塵?？倲?shù)/(pc/L)41322928對(duì)0.4m處濃度的比率/%--787068⑵.主流區(qū)內(nèi)塵源散發(fā)的塵粒，一部分隨渦流由下而上，再由上而下較均勻地進(jìn)入送風(fēng)氣流的全邊界層內(nèi)。⑶.有一含塵濃度不同于主流區(qū)和渦流的回風(fēng)口區(qū)存在。第16頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.不均勻分布理論計(jì)算設(shè)：G：?jiǎn)挝蝗莘e發(fā)塵量，粒/m3，m·minGa：主流區(qū)發(fā)塵量。粒/minGb：渦流區(qū)發(fā)塵量。粒/minGo：總發(fā)塵量（粒/min）Go=Ga+GbQ`：渦流區(qū)至主流區(qū)的引帶風(fēng)量，L/minQ：送風(fēng)量，L/minVa：主流區(qū)容積，LVb：渦流區(qū)容積，LV：潔凈室容積，LNa:主流區(qū)的含塵濃度，粒/LNb:渦流區(qū)的含塵濃度，粒/LNs:送風(fēng)含塵濃度，粒/L第17頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)于主流區(qū)：

對(duì)于渦流區(qū)：則不均勻分布含塵濃度的公式為：主流區(qū)含塵濃度：渦流區(qū)含塵濃度：由回風(fēng)流動(dòng)規(guī)律可知，回風(fēng)區(qū)范圍很小，可以忽略。所以，潔凈室的平均含塵濃度：第18頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

式中：---潔凈室平均含塵濃度，pc/L；

---送風(fēng)含塵濃度，pc/L。可按下式計(jì)算：

式中：---系統(tǒng)中回風(fēng)含塵濃度。由于Nr<<M

，所以上式分子左邊一項(xiàng)比右邊一項(xiàng)小得多，故上式可寫成：

---主流區(qū)發(fā)塵量與總發(fā)塵量之比；

---渦流區(qū)到主流區(qū)的引帶風(fēng)量與送風(fēng)量之比。第19頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月潔凈室含塵濃度

通式的物理意義是：

在式中，部分即為塵粒均勻分布條件下的含塵濃度。剩下部分令其為不均勻系數(shù)。則：

由上式可以看出，按不均勻分布理論計(jì)算的含塵濃度等于按均勻分布理論計(jì)算的含塵濃度N乘以不均勻系數(shù)Ψ。

為了便于計(jì)算，根據(jù)上述理論公式和實(shí)際使用條件，繪制成室內(nèi)含塵濃度和換氣次數(shù)關(guān)系曲線圖，如圖6-30所示，可查此圖計(jì)算。如果已知潔凈室要求達(dá)到的含塵濃度，而求換氣次數(shù)：即

第20頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月均勻分布計(jì)算和不均勻分布計(jì)算的對(duì)比若β、φ、不便于確定時(shí)，ψ可由下表確定：換氣次數(shù)n1020406080100120140160180200ψ1.51.221.161.060.990.90.650.510.510.430.43第21頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月潔凈室特性一.靜態(tài)特性曲線第22頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第23頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月靜態(tài)特性（均勻分布）曲線的結(jié)論1.在M≤粒/L以內(nèi)，大氣塵濃度的波動(dòng)對(duì)于末級(jí)過(guò)濾器是高效過(guò)濾器的100級(jí)及以下的潔凈室的含塵濃度影響極小。4.2.對(duì)于末級(jí)過(guò)濾器是中效過(guò)濾器的潔凈室，室內(nèi)含塵濃度完全隨著大氣塵濃度的波動(dòng)而變化。3.室內(nèi)單位容積發(fā)塵量G變化時(shí)，對(duì)潔凈室含塵濃度的影響，隨著末級(jí)過(guò)濾器效率的提高而增加。第24頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第25頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第26頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第27頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Vb/V=0.3～0.9第28頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月動(dòng)態(tài)特性（不均勻分布）曲線的結(jié)論第29頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二.室內(nèi)空氣含塵濃度影響因素的分析1.過(guò)濾器的過(guò)濾效率對(duì)的影響由上式看出，對(duì)求偏導(dǎo)數(shù)小于零，說(shuō)明是的減函數(shù)，即隨著的增大而減小、減小而增大。并且在確定的室外大氣含塵濃度條件下，室內(nèi)空氣含塵濃度與新風(fēng)量有關(guān)，隨著不同的新風(fēng)百分比，主過(guò)濾器效率對(duì)的影響也不同。

類似上述分析，可以分析新風(fēng)過(guò)濾器效率和回風(fēng)過(guò)濾器效率對(duì)的影響。第30頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2室外大氣含塵濃度對(duì)的影響

從上式中很容易看出，除非空調(diào)系統(tǒng)在全回風(fēng)狀態(tài)下運(yùn)行，即，否則，一定會(huì)隨著的增加而增大，隨著的減小而減小。而且新風(fēng)量越大，即新風(fēng)百分比越大，或主過(guò)濾器效率越低，則對(duì)的影響越大。

3新風(fēng)百分比對(duì)的影響根據(jù)上式，對(duì)求偏導(dǎo)數(shù)，整理后可得到：顯然，對(duì)求偏導(dǎo)數(shù)的正、負(fù)或零，由表達(dá)式來(lái)決定。當(dāng)表達(dá)式為零時(shí)，即:第31頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月則對(duì)求偏導(dǎo)數(shù)為零，此時(shí)室內(nèi)空氣含塵濃度與新風(fēng)量無(wú)關(guān)。將上式入N的表達(dá)式，得：對(duì)應(yīng)的為：因此，該主過(guò)濾器效率即為該情況下的系統(tǒng)臨界過(guò)濾效率，該效率是新風(fēng)量對(duì)室內(nèi)空氣含塵濃度雙作用的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。同時(shí)，室內(nèi)空氣含塵濃度還受到系統(tǒng)新風(fēng)過(guò)濾器效率和回風(fēng)過(guò)濾器效率的共同影響。4換氣次數(shù)n對(duì)N

的影響:根據(jù)N的表達(dá)式，N對(duì)n求偏導(dǎo)數(shù)，整理后可得到:第32頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

由上式看出，N對(duì)n求偏導(dǎo)數(shù)小于零，說(shuō)明N是n的遞減函數(shù)，即N隨著n的增大而減小、減小而增大。同時(shí)可以看出，換氣次數(shù)n（送風(fēng)量）越大，其變化對(duì)室內(nèi)空氣含塵濃度的影響越不明顯；室內(nèi)單位時(shí)間單位容積的產(chǎn)塵量越多，即G越大，則n對(duì)N的影響越明顯。5室內(nèi)單位時(shí)間單位容積的產(chǎn)塵量G對(duì)N的影響由N的表達(dá)式中很容易看出，在其它條件不變的情況下,G越大，則N越大，即N隨著G的增大而變大,G也是影響穩(wěn)定狀態(tài)下室內(nèi)空氣含塵濃度N的一個(gè)重要因素。第33頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例1

某高效空氣凈化系統(tǒng)的潔凈室長(zhǎng)、寬、高分別為6，5，