換氣裝置的基礎(chǔ)知識

技術(shù)研究資料（第1部）

換氣裝置的基礎(chǔ)知識

1首先

換氣與我們的日常生活息息相關(guān)。日本因?yàn)橄奶煊譄嵊譂?，從以前開始住房的通風(fēng)就做

得很好。也因此很容易被冬天的寒氣侵襲。冷了可以多穿點(diǎn)衣服，或者干脆鉆進(jìn)被子里，但

熱的話除了擦汗就沒有其他辦法了，所以才不得不建造通風(fēng)好的住房吧。從千年的歷史來看，

利用冷氣暖氣的密閉型住房也只能算是剛開始而已。自然換氣不起作用的話，當(dāng)然就要改用

機(jī)械換氣。在生產(chǎn)活動中換氣技術(shù)顯得尤為重要。

人類活動在造出東西的同時(shí)也產(chǎn)生了廢棄物。工作功率高的話廢棄物的量也會減少，但

不會沒有。這與熱力學(xué)的第2法則相似，也可以說這就是第2法則。原料加工時(shí)的材料或者

副生成物的一部分變成作業(yè)環(huán)境中的廢棄物并擴(kuò)散。在本項(xiàng)中從勞動衛(wèi)生工學(xué)的角度對擴(kuò)散

到空氣中的有害物對策進(jìn)行討論。說是有害物，其大部分原本是材料，是寶貴的資源，但是

一旦擴(kuò)散到空氣中就變成了有害物了。這種情況下，可能第一時(shí)間想起的是局部排氣裝置（局

排），但那絕不是萬能的。應(yīng)該在充分探討其他對策的基礎(chǔ)上再決定用什么設(shè)備。我們想通過

探討作業(yè)環(huán)境改善對策來了解有關(guān)換氣的所有事情。雖說如此，局排還是最現(xiàn)實(shí)的環(huán)境對策，

很多人都與它有關(guān)，所以有些做成了教科書。但是我們還是希望它能從理論型走向?qū)嵱眯汀?/p>

本稿主要著眼于環(huán)境當(dāng)中與空氣相關(guān)的事宜。

2換氣

2.1空氣的污染

不僅限于作業(yè)環(huán)境，空氣的潔凈對人類的健康也是很重要的。眾所周知，空氣是由氮、

氧、二氧化碳、量等微量成分以及水蒸氣組成的。大氣污染指的就是通常大氣中沒有的物質(zhì)

產(chǎn)生之后所引起的問題，有火山噴發(fā)等自然現(xiàn)象產(chǎn)生的物質(zhì)，也有人類活動等人為因素產(chǎn)生

的物質(zhì)。通常后者因?yàn)槭莻θ祟惤】档闹饕蚨环Q為大氣污染。廣義上講，這是經(jīng)濟(jì)

優(yōu)先、經(jīng)營者缺乏社會責(zé)任感所帶來的問題，可以說這是人類自作自受，但這些可以通過技

術(shù)來應(yīng)對。發(fā)散到空氣中的有害物根據(jù)物質(zhì)自身的毒性，如果是粉塵會因?yàn)樾螤睢⒋笮〉牟?/p>

同對人產(chǎn)生不同的傷害，因此要考慮到這一點(diǎn)針對濃度、無害化處理方法等進(jìn)行探討。

眾所周知，大氣污染不僅會傷害人類健康，也會對文化財(cái)產(chǎn)、建筑物和其他的自然環(huán)境

造成有害的影響。

2.2污染物質(zhì)

空氣污染是由氣體狀物質(zhì)、細(xì)顆粒狀物質(zhì)或是兩者的混合物引起的。空氣污染的定量表現(xiàn)

用每1M空氣中的污染物質(zhì)質(zhì)量數(shù)來表示，雖說是濃度，但因濃度的使用方法不同如下所示基

準(zhǔn)也會有所不同，在詳細(xì)計(jì)算的時(shí)候需要注意。

基準(zhǔn)解說濃度的單位

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的空氣基準(zhǔn)換算到0℃1013hPa的空氣中污染物的質(zhì)量數(shù)。mg/nfN

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)是以去除一般空氣中的水蒸氣后得到ppm

的干燥空氣為基準(zhǔn)的，但是防大氣污染法中把濕潤mol/mol

的空氣當(dāng)作干燥空氣來進(jìn)行計(jì)算，關(guān)于燃燒廢氣的

話則是以干燥燃燒廢氣為基準(zhǔn)換算到0℃1013hPa。

污染物為氣體狀的情況下有時(shí)會按容積比用

ppm的單位來表示。

防大氣污染法還規(guī)定了像燃燒廢氣那樣含氧成

分與空氣不同的情況下用氧濃度來修正濃度實(shí)測

值。

常溫空氣基準(zhǔn)安全衛(wèi)生法采用的是以25℃常壓下的濕潤空氣mg/

為基準(zhǔn)來表示濃度的方法。同樣的在醫(yī)學(xué)方面的容PPm

許濃度、作業(yè)環(huán)境管理中的管理濃度根據(jù)其使用方

法的不同濃度的名稱也有所不同，但是單位表示是

一樣的。

這種情況下的化學(xué)計(jì)算中可以按25℃1013hPa的

濕潤空氣來計(jì)算。

如果是送風(fēng)機(jī)的話20℃1013hPa相對濕度65%為

其標(biāo)準(zhǔn)。

表2-1

將污染物的發(fā)生源頭分類的話就如下表所示。

生成的種類發(fā)生過程發(fā)生原因生成物質(zhì)

化學(xué)生成一次發(fā)生燃燒酸化性物質(zhì)、酸性物質(zhì)、還原性物質(zhì)

（Sox,HC1,NOx、CO、煌等）

未燃顆粒狀物質(zhì)

二次發(fā)生燃燒鹵素系有毒物質(zhì)（二惡英等）

一次發(fā)生腐敗堿性物質(zhì)、惡臭物質(zhì)

一次發(fā)生不同廢液的混合有毒氣體（氟化氫、硫化氫等）

二次發(fā)生大氣中的二次反應(yīng)光化學(xué)煙霧

顆粒狀物質(zhì)

物理生成一次發(fā)生升華、蒸發(fā)氣體狀物質(zhì)（有機(jī)溶劑等）

破碎、粉碎顆粒狀物質(zhì)

二次發(fā)生凝結(jié)油霧（硫酸油霧）

再飛散堆積粉體

表2-2

氣體狀物質(zhì)和液體狀物質(zhì)有時(shí)也會按如下方式分類。

氣體狀物質(zhì)「--------常溫下為氣體的物質(zhì)（C02,CO、HC1>HF等）

--------常溫下液體蒸發(fā)的物質(zhì)（有機(jī)溶劑等）

--------常溫下固體升華的物質(zhì)（碘、蔡、干冰等）

顆粒狀物質(zhì)是指固體或者液體的顆粒。顆粒狀物質(zhì)按如下方式分類。

顆粒狀物質(zhì)一粉塵——破碎后產(chǎn)生的微細(xì)固體顆粒，也包含飛散到空氣中的粉體原料。

一般指不定形的10um以下的例子。

—煙霧——常溫常壓下是固體，但是加熱溶解蒸發(fā)后蒸汽凝固成的物質(zhì)在顯

微鏡下觀察多為球形，有時(shí)候會變成物質(zhì)固有的結(jié)晶。粒徑大多

在1Um以下。

—油霧一液體的微顆粒，多為5um?lOOum左右比較大的顆粒、因液體表面

張力而成為球形。

2.3換氣方法

要讓工廠內(nèi)的空氣保持正常，首先要找到污染的原因，除去污染源，并用適當(dāng)?shù)姆椒▋?/p>

化已污染的空氣。污染的原因可能在人本身，也可能是作業(yè)產(chǎn)生的，所以也需要考慮到室外

空氣的污染。

一般室外的空氣比室內(nèi)的要干凈，可以通過更換空氣的方式來保持室內(nèi)空氣的潔凈。這

種操作就叫做換氣。所以像空調(diào)那樣將室內(nèi)空氣循環(huán)利用并調(diào)整溫濕度的不能稱為換氣。

所謂潔凈并不單單是指不含有害物，也要具備適當(dāng)?shù)臏貪穸?、氧濃度，通過換氣可以防

止溫濕度過度上升、確保氧濃度。

換氣方法可以分為三種，一是對污染發(fā)生源頭附近的空氣進(jìn)行局部吸引除去的局部換氣，

二是產(chǎn)生局部控制下的空氣流、將污染發(fā)生源頭設(shè)置在其中以處理有害物的Push-pull型換

氣，三是對整個(gè)室內(nèi)的有害物濃度進(jìn)行稀釋的整體換氣。換氣裝置的組成如表2-3所示?這

里按風(fēng)機(jī)的使用方法來區(qū)分，送入空氣的情況下表示為送風(fēng)機(jī)，排出空氣的情況下表示為排

風(fēng)機(jī)。不過，在JIS當(dāng)中并不做這種區(qū)分，一律稱為送風(fēng)機(jī)。

除了表2-3以外還有一種叫置換換氣的方法。這是一種當(dāng)污染源比周圍溫度高的情況下

利用其浮力來換氣的方法，這與從前就有的讓高溫爐的煙霧隨著上升氣流從設(shè)置在屋頂上的

監(jiān)視器排出而新鮮空氣則從靠近地面的窗戶進(jìn)行供給的方法類似。也就是說，讓污染物隨著

上升氣流聚集到天花板處排出，讓比發(fā)塵源溫度低的新鮮空氣均勻地供給到整個(gè)地面。這個(gè)

方法在新鮮空氣的供給方法上有技術(shù)性的難度，也不適用于高濃度污染和顆粒狀物質(zhì)的污染,

由于受到建筑物墻壁斷熱性和氣密性的影響，置換換氣法的應(yīng)用有難度。

機(jī)器組成

換氣裝置形式

送風(fēng)機(jī)排風(fēng)機(jī)其他機(jī)器

局部排氣裝置無有風(fēng)罩、風(fēng)管、空氣凈化裝置、排氣口

有有Push風(fēng)罩、風(fēng)管、Pull風(fēng)罩、風(fēng)管、空氣

Push-pull型換氣裝凈化裝置、排氣口

置（密閉型）無有Push風(fēng)罩、風(fēng)管、Pull風(fēng)罩、風(fēng)管、空氣

凈化裝置、排氣口

有有Push風(fēng)罩、風(fēng)管、Pull風(fēng)罩、風(fēng)管、空氣

Push-pull型換氣裝凈化裝置、排氣口

置（開放型）有無Push風(fēng)罩、風(fēng)管（室外作業(yè)用等）

無有（局部排氣裝置）

有有Push風(fēng)罩、風(fēng)管、Pull風(fēng)罩、風(fēng)管、空氣

Push-pull型局部換凈化裝置、排氣口

氣裝置（開放槽用）無有（局部排氣裝置）

有無（無設(shè)定）

有（風(fēng)簾）

Push風(fēng)罩、Pull風(fēng)罩、風(fēng)管、空氣凈化裝

Push-pull型置、排氣口

短路裝置有無Push風(fēng)罩、風(fēng)管、Pull風(fēng)罩、風(fēng)管、空氣

凈化裝置、排氣口

無有（無設(shè)定）

有有（第一種換氣設(shè)備）

有無（第二種換氣設(shè)備）

整體換氣裝置

無有（第三種換氣設(shè)備）

無無（自然換氣）

表2-3

3有關(guān)空氣和顆粒的基礎(chǔ)知識

3.1壓力

大氣的壓力在水銀柱上為760mm,往長度1m左右一端被堵住的玻璃管中注滿水銀然后倒

立在另外準(zhǔn)備的水銀容器中，玻璃管內(nèi)的水銀會停留在760mm的高度而剩余的240mm左右的

管子里就是真空的了。以往一直是以這個(gè)數(shù)值作為大氣標(biāo)準(zhǔn)壓力，但由于和其他單位計(jì)算的

時(shí)候很不方便故換算成絕對單位（ISO）。由于水銀的密度為13.6X103kg/m\重力加速度為

9.8m/sZ則標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為1013hPao

760X10kX13.6X103X9.8=101290(kgms'z-m'2)-(Nm-2)Ta

=1013hPa

lkg"m/s''相當(dāng)于力的單位1N?對1nf上施加IN的力則相當(dāng)于壓力的基本單位IPa。

用水來代替水銀的話，水的密度為水銀的13.6分之1,則水柱為

760X13.6=10336(mm)

1013/10336=0.098hPa/mm

以前都是把mm水柱當(dāng)作壓力的單位來使用的，但現(xiàn)在都改用絕對單位中的Pa、hPa、k

Pa、MPa等。而醫(yī)學(xué)中的血壓到現(xiàn)在還是使用水銀柱。

ImniFLO=0.098hPaIhPa=10.2mmH20

Immllg=0.133kPa=1.33hPalkPa=7.5mmHg

在換氣裝置等的設(shè)計(jì)中使用將大氣壓作為基準(zhǔn)(OhPa)的相對壓會比較方便。也就是說,

在局排中風(fēng)罩吸引口附近的壓力為0,容易流向下方的“負(fù)”的值會變大，在風(fēng)機(jī)的出口處

會轉(zhuǎn)變?yōu)椤罢?，在排氣口再度變?yōu)?。

壓力分為靜壓、速度壓、全壓、分壓，要充分理解其含義。

靜壓：靜壓為受力面的壓力，例如人的上下、前后、左右所有方向都受到同一個(gè)大氣

壓力，所以平常是感覺不到有壓力的。天氣預(yù)報(bào)的氣壓指的就是靜壓。在局排

中把大氣壓設(shè)定為OhPa所以到了比大氣壓地的地方靜壓就變?yōu)樨?fù)值了。

速度壓：速度壓是指面向風(fēng)的時(shí)候受到的風(fēng)壓，也稱為動壓。風(fēng)能吹起東西就是因?yàn)樗?/p>

度壓。由于速度壓是面向風(fēng)所受到的壓力是有方向性的，所以通常為正值。

全壓：全壓是指靜壓與速度壓之和。在局排設(shè)計(jì)當(dāng)中這個(gè)數(shù)值既可以為正也可以為負(fù)。

靜壓Ps、速度壓(動壓)Pv、全壓PT占三者之間的關(guān)系如3-1式所示.

=-

PTPsPv...31

分壓：分壓是指一定容積的混合氣體中所含各成分的全壓(靜壓)。各成分的全壓(靜

壓)之和就是此混合氣體的壓力，即全壓(靜壓)。

在測定局排各處的壓力時(shí)比起直讀式壓力計(jì)用水來測量的u型壓力表使用起來更方便也

更普遍。其測定值按水柱的高度mm來表示，換算成ISO單位hPa。

3.2氣體的法則

所有的氣體在容積、壓力和溫度上都會按一定的法則變化。即:

PVWRT或P/P=RT...3-2

公式中的各個(gè)符號分別代表:

P:氣體的絕對壓力N/m2=Pa(kgm/sJ/m2)或(kgm/s2/m)

V：氣體的容積m3

P:氣體的密度kg/m3

W：氣體的總重kg(分子量X摩爾數(shù))

R：氣體常數(shù)Nm/kg/K

T：絕對溫度K

在處理燃燒排氣等高溫氣體和高壓氣體時(shí)3-2式為重量式，而像局排那樣處理溫度、壓

力變化并不大的氣流時(shí)可以省略。

其實(shí)嚴(yán)格意義上來說3-2式中的氣體是理想氣體實(shí)際并不存在。而在我們一般遇到的壓

力、溫度范圍內(nèi)空氣是可以被當(dāng)作理想氣體來處理的。用3-2式來計(jì)算空氣和水蒸汽的R的

話如下表所示。

項(xiàng)目空氣水蒸汽

分子量MW(-)28.94118

氣體常數(shù)R(Nm/kg/K)287.3461.4

表3-1

3.3空氣中所含的水蒸汽

到前項(xiàng)為止空氣都是被當(dāng)作不含水蒸汽的干燥氣體來論述的，但其實(shí)像這種狀態(tài)的空氣

是不存在的，都是含有大量水蒸汽的濕潤空氣。雖然一般在壓力和容積的計(jì)算中可以把它無

視掉，但在設(shè)計(jì)換氣系統(tǒng)時(shí)因?yàn)樗羝麕в袩崮芩圆荒軣o視。大氣壓在前項(xiàng)中記錄為

1013hPa,這是大氣的全壓，也是構(gòu)成空氣的各氣體成分的分壓之和。如果是混合氣體的話各

成分用下列公式來表示。

成分氣體的容積分率=成分氣體的分壓分率=成分氣體的摩爾分率...3-3

所以，干燥空氣的分壓、水蒸汽分壓和微量成分之和就是大氣壓1013hPa?微量成分是

指二氧化碳、量等氣體，因?yàn)楹亢苌偎赃@里可以無視。

干燥氣體中所能含有的水蒸汽的量的上限是由壓力(全壓)和濕度決定的，這種狀態(tài)被

稱為飽和濕度，一般的空氣狀態(tài)下飽和濕度為30?80%左右，換算成容積比的話只有1?2%。

濕度按所取標(biāo)準(zhǔn)的不同有幾種表現(xiàn)方式，名稱也各不相同O

絕對濕度：干燥氣體(DA)1kg中所含的水蒸汽的重量(kg)。同樣的把重量kg替

換成mol數(shù)之后的摩爾濕度就是代表每Imol干燥空氣中所含的水蒸汽

mol數(shù)。

飽和絕對濕度：有溫度和氣壓決定的空氣中所能含有的水蒸汽質(zhì)量的上限。

相對濕度：飽和絕對濕度的飽和水蒸汽壓和現(xiàn)有水蒸汽壓之比，也叫有關(guān)濕度。一

般寫作濕度“多少獷的指的就是相對濕度。

比較濕度：飽和絕對濕度和現(xiàn)有絕對濕度之比。

關(guān)于濕度我們用公式來理論性地探討一下。ar代表空氣，w代表水蒸汽，參照表3-1的

R用3-2式的話，

Par-Var=287.3,War-Tar

PwVw=461.4*WwTw

這里假設(shè)1kg的干燥空氣中混入了水蒸汽，則War=l(kg)、Tar=Tw(K)、Var=Vw(m!),由上面

的2式可得，

fPar/Pw=(287.3/461.4)/Ww

IPar+Pw=1013.3(單位：hPa)

AWw=0.622-(1013.3-Par)/Par(kg/kgDA)...3~4

=0.622-Pw/(1013.3-Pw)

Pw=(1013.3-Ww)/(0.622+Ww)(hPa)...3-5

山此可得，只要干燥空氣的溫度和壓力定下來的話那么其中所含的水蒸汽量的上限也可以定

下來。3-4式是1kg干燥空氣(DA)中所含水蒸汽的重量(kg),也就是飽和絕對濕度。3-5

式是指這種狀態(tài)下的水蒸汽分壓(hPa)。

把3-4式換算成mol標(biāo)準(zhǔn)，將壓力的單位換成Pa,這樣進(jìn)行化學(xué)計(jì)算更方便。

WM=Pw/(1.0133X105-Pw)(kmol/kmolDA)...3-4'

=(1/0.622)XWw

Pw=1.0133X105-W?/(1+WM)(Pa)...3-5'

3.4濕潤空氣的熱容量

對空氣有時(shí)加熱有時(shí)冷卻，除濕的時(shí)候?qū)崮艿挠?jì)算需要求出干燥空氣和水蒸汽的熱容

量。尤其是水蒸汽的熱容量要比干燥空氣的大很多，即使只有一點(diǎn)點(diǎn)水蒸汽也會對整體的熱

容量有很大影響。計(jì)算濕潤空氣的熱容量（陶），假設(shè)1kg干燥空氣中所含的水蒸汽的重量為

Ww（kg/kgDA）,則

%=1.008+1.848-Ww（kJ/kg/K）...3-6

濕潤空氣保有的熱量被稱為全熱量或者叫焰，溫度t（℃）的濕潤空氣的焰和干燥空氣1kg

的關(guān)系是

h=1.008-t+（2502+1.848-t）-Ww（kJ/kgDA）...3-7

這個(gè)公式中的2502kJ/kg是指0℃時(shí)水的蒸發(fā)潛熱。（DA意為DryAir）

飽和水蒸汽分壓、溫度、焰等數(shù)據(jù)被機(jī)械學(xué)會公開發(fā)表為飽和水蒸汽表，用這個(gè)表來進(jìn)

行計(jì)算是很方便的。如果要用公式來求出飽和水蒸汽壓的話有Antone的公式可以用。

Pw=10（7.07406-k）（kPa）...3-8

1657.46

f：氣體溫度（℃）

227.02+r

用ntone的3-8式和3-4式等就可以求出飽和濕度了。

3.5露點(diǎn)、結(jié)露、凝結(jié)、蒸發(fā)

大家應(yīng)該都經(jīng)歷過熱空氣冷卻后游離出水滴在玻璃等表面變成露珠這種事吧。這個(gè)現(xiàn)象

就叫做結(jié)露。某溫度?壓力下的空氣所能含有的水蒸汽的量在前面3.3項(xiàng)中已經(jīng)定下來了，在

此以上的水分成不了水蒸汽而會變成水滴（液體）從空氣中分離出來。比如溫度L下假設(shè)水

蒸汽壓為Pi,飽和水蒸汽壓為Ps,則相對濕度為Pi/PSo冷卻此空氣，飽和水蒸汽壓還是P,

溫度低于匕時(shí)就會發(fā)生結(jié)露。這時(shí)候的溫度tz就是露點(diǎn)，把露叫做結(jié)露水、凝結(jié)水。

另外，大家都知道用壓縮機(jī)來壓縮常溫空氣的話也會有積水。這是因?yàn)閴嚎s濕潤空氣（全

壓升高）的話水蒸汽的分壓也增加了。

也就是說，一旦濕潤空氣的溫度降低，或者壓力（全壓）升高，水蒸汽的分壓到不了水

的飽和水蒸汽壓以上就會發(fā)生凝結(jié)。相反，如果溫度升高或者壓力降低就會發(fā)生蒸發(fā)（或者

干燥）。

3.6層流和亂流

流體（空氣）流動時(shí)的特性大致可以分為層流和亂流兩種。層流是指流體的各部分互為

平行的層狀流動，流體塊的各部分朝著流動方向井然有序地流動。與此相反，流體塊朝著流

動方向前后左右位置不規(guī)則地發(fā)生變化混亂流動的狀態(tài)就稱之為亂流。素有“給亂流加設(shè)整

流板變成層流”之說，這就和“把亂流變成一樣流”的意思一樣，作為流體力學(xué)用語來說與

有沒有整流板無關(guān)都把這個(gè)流動叫亂流，而所謂的亂流表現(xiàn)為速度分布激烈，為了減緩這種

速度分布所以要增設(shè)整流板。

3.7動水半徑

在計(jì)算形狀為圓形以外的截面管路的摩擦損失時(shí)會使

用動水半徑。假設(shè)動水半徑為Y”，如下所示：

丫“二_________管路斷面稹_________

管路斷面（7）流體仁接守馬周內(nèi)是衣

03-1

以圖3-1上的管路周長（浸邊長）為L,截面積為

S,則Y“=S/L,動水半徑的4倍稱為相當(dāng)直徑，多應(yīng)

用于雷諾數(shù)等的計(jì)算。如果管路的界面是圓形則De等于直徑D,如果是矩形，則邊長各為A、

B,De如4-10式所示。

YH=A-B/2-（A+B）

De=4-Y?=2-A-B/（A+B）...3-10

矩形管路有時(shí)會用4倍的動水半徑，有時(shí)則按下列公式。

De=1,3X矩形歹:7卜（D相當(dāng)直徑

短21畏相當(dāng)直徑1相當(dāng)直徑2率

21斯水半徑

(AB)0625AB（化學(xué)工學(xué)便竟）（中貨防?葛本H）(%)

(A+B)°255020020.00800103.4129.2

10020033.33133.3152.31143

187.5；

15025046.88210.0112.0

20030060.00240.0266.41110

…3-1125035072.92291.73222110.5

3T0式和3Tl式的差30040085.71342.9377.7110.2

35045098.44393.8433.0110.0

異如表3-2所示，越是

400500111.11444.4488.1109.8

543.21

扁平差異越大。非矩形450550123.754950109.7

的復(fù)雜形狀一般采用500600136.36545.5598.1109.7

550650148.96595.8653.0109.6

式。本表中的“相

3-9600700161.54646.2707.9109.6

當(dāng)直徑1”一欄是通過650750174.11696.4762.8109.5

3-10式計(jì)算出來的。700800186.67746.7817.61095

750850199.22796.9872.4109.5

矩形管路一般用3-11800900211.76847.1927.2109.5

式比較多，但其實(shí)兩個(gè)850950224.31897.2981.9109.4

10001036.7

都可以用。900236.84947.4109.4

950105024938997.51091.5109.4

表3-2

3.8雷諾數(shù)Re

管路中的氣流一般都是亂流。層流的管內(nèi)速度分布和壓力戰(zhàn)失在理論上是可求的，而亂

流因?yàn)榱鲃咏Y(jié)構(gòu)極其復(fù)雜很難計(jì)算。因此要使用實(shí)驗(yàn)性系數(shù)的雷諾數(shù)。

以模型代替實(shí)物來做實(shí)驗(yàn)，根據(jù)其數(shù)據(jù)來設(shè)計(jì)處理流體的裝置，這忖候如果模型和實(shí)物

之間存在某種法則，那么就可以很容易地按比例放大。處理流體的裝置與長度、速度、粘度、

壓力、表面張力都有關(guān)系。這之中局排的空氣流動、配水管內(nèi)水的流動等和長度（直徑等）、

流動速度、流體粘度、流體密度有關(guān)。即，這種流動是慣性力和粘性力在作用。如果慣性力

和粘性力之比相同的話，模型和實(shí)物在力學(xué)上就是相似的。如果模型的小、實(shí)物的大，那么

相同流體在實(shí)物中的流速一定要比模型的小。

像這樣把模型按比例放大到實(shí)物的情況下使用雷諾數(shù)會較容易計(jì)算。管徑De（使用前項(xiàng)

中的相當(dāng)直徑）中的流體以速度V流動時(shí)的雷諾數(shù)和流體粘度口、流體密度P之間的關(guān)系如

下所示。

DeV

Re——；——...3一12

口/p被稱為動粘度。

空氣和水在常溫下的粘度和動粘度如下所示。

項(xiàng)目溫度粘度動粘度

單位℃kg/m-sm2/s

空氣2518.3X10615.5X1。-'

水25894X1060.896X106

表3-3

（注）粘度的單位多用P來表示。lp=O.Ikg/m-s

3.9伯努利定理和摩擦損失

在某流體的流向中畫上小小的封閉假想曲線，將通過此曲線各點(diǎn)的流線拉伸就可以做出

一個(gè)小的管子。在此管的任意兩個(gè)截面之間計(jì)算物質(zhì)收支和能量收支。下面公式的第1項(xiàng)為

速度壓，第2項(xiàng)為位置壓（位置能量），第2項(xiàng)為靜壓。

1,11,1

PV1+Pgzl+pl+Fl=pv22+Pgz2+p2+F2...3-13

100-----------100----------------------100100

此處V：流速（m/s）z：高度（m）P：靜壓（hPa）F：增加的能量或者散逸的能

量的換算值（hPa）,標(biāo)著1的是上流側(cè)，2是下流側(cè)。但是，氣體流速慢壓力變化小的情況

下密度P的變化可以無視。（局排大都是這種情況）

高度z是2點(diǎn)間直線方向的長度。在局排的管路中風(fēng)罩和排氣口都向大氣開放，所以位

置壓被抵消掉了。

F是流動的阻力損失（壓力損失）或者排風(fēng)機(jī)的能量補(bǔ)給、加熱器的加熱等。數(shù)值在損

失的情況下是負(fù)、在補(bǔ)給的情況下是正。而在可以無視由摩擦引起的能量損失的情況下F=0。

（比托管測量流速的情況等）

關(guān)于高度Z讓我們再來探討一下吧。在局排設(shè)計(jì)中計(jì)算3T3式的各項(xiàng)時(shí)，有時(shí)高度（Z）

會比速度壓（v2）要大，高度一項(xiàng)可以省略不計(jì)。這是因?yàn)樵诳紤]3T3式中或者無限長的假

想管路內(nèi)部的Pi點(diǎn)和P2點(diǎn)時(shí)，局排中的Pi點(diǎn)（風(fēng)罩）和P2點(diǎn)（排氣口）是向大氣開放的。

但是，標(biāo)高在500m以上的話就必須要考慮大氣壓的變化了。這是因?yàn)闃?biāo)高越高，氣壓越低，

風(fēng)機(jī)的性能會減弱。尤其在海外工廠有時(shí)候是在標(biāo)高很高的地方，局排設(shè)計(jì)必須要事先調(diào)查

好現(xiàn)場的氣溫條件和標(biāo)高。

使用3-2式假設(shè)1kg空氣在標(biāo)高Z0=0和標(biāo)高Z時(shí)的平均溫度為t℃,則關(guān)系如下：

p/P=RT

dp/dz=—pg=—p/RT

p=po,exp｛（—gZ/（273+t））｝

^-0.034l-Z/(273+t)

p=1013xe?..3-14

根據(jù)3-14式，在標(biāo)高500m處氣壓會降低5%,在1000m處會降低12%左右。

3.10粒徑和粒度分布

粒徑的測定方法有很多，下表中列舉出了最具代表性的一些。在勞動衛(wèi)生領(lǐng)域使用的是

長軸徑、斯多克斯徑、空氣力學(xué)相當(dāng)徑、光散亂徑。由于一般在測定顆粒時(shí)要兌換成跟粒徑

有關(guān)的物理量再測定，測定顆粒的大小所代表的意義就不同了，尤其是在測定非球形顆粒時(shí)

會有問題。根據(jù)個(gè)數(shù)、面積、體積（質(zhì)量）中任意一個(gè)條件來檢測顆粒濃度都會在粒度分布

上產(chǎn)生很大的差異。

區(qū)分表現(xiàn)測定方法等

長軸徑在顯微鏡觀察下測定顆粒的長軸。適用于石棉等針狀或纖維

幾

狀的顆粒測定。

何

短軸徑同上測定與長軸成直角方向的軸。

學(xué)

定向徑測定顯微鏡視野中一定方向的長度。

的

長短平均徑求長軸、短軸的平均值。

代

三軸平均徑測定顯微鏡視野中光軸方向的長度求三周的平均值。

表

圓相當(dāng)徑求與顆粒投影面積相等的圓的直徑。

徑

球相當(dāng)徑求與顆粒的體積相等的球的直徑。

斯多克斯徑從靜止流體中浮游顆粒的沉降速度求出球相當(dāng)經(jīng)。適用于除

塵裝置等的設(shè)計(jì)。

空氣力學(xué)相當(dāng)徑和斯多克斯徑相同，假設(shè)顆粒的密度為1來求出球相當(dāng)徑。

有

多用于勞動衛(wèi)生領(lǐng)域。

效

篩徑利用篩子的孔眼來求粒度。適用于測定粉體原料等比較粗的

徑

顆粒。

光散亂徑往浮游顆粒上打光，從散亂光的強(qiáng)度來求粒度。

（激光衍射）

表3-4

測出的粒度的表現(xiàn)方法用于篩上積算分布（R%）、篩下積算分布（D%）、頻率分布（f%）,

把粒徑和顆粒濃度的關(guān)系表格化，或者方程式化來解析。

R、D、f的關(guān)系按粒徑為Dp如下所示。

D(Dp)=1-R(Dp)

f_dR(Dp)

dDp

粒徑的數(shù)據(jù)適用于正規(guī)分布、對數(shù)正規(guī)分布、以及Rosin-Ramumler分布之中的任意一種，

把測出的粒度數(shù)據(jù)在這三種線圖上畫曲線，選擇變成直線的那組，就可以得出此粉體的粒度

分布方程式。粒狀粗的適用對數(shù)正規(guī)分布，而細(xì)顆粒則較多適用Rosin-Ramumler分布。這三

種線