化学实验室安全论文提纲

论文题目：柜门贴附射流空气幕排风柜补风口参数研究

摘要：实验室是研究员进行科学研究的重要场所,实验室中的职业暴露对实验工作人员的身体健康有着极大的影响,因此实验室环境问题越来越受到人们的重视。排风柜广泛用于控制实验室环境中的空气污染物,因此需要提高排风柜的性能来保障实验人员的健康和安全。传统排风柜主要通过排风在其操作面上形成的汇流来控制柜内污染物不逸出到实验室,这种设计有其固有的不足:排风柜前实验人员胸口会形成涡流;排风柜拉门把手、门槛等处出现涡流及回流;抗干扰性不足,容易受到外界扰动的影响等。因此本文创新地提出了一种柜门贴附射流空气幕排风柜,通过在柜内加装补风射流风口,以高速的补风射流在操作面形成空气幕,实现柜内外空气隔离,增强抗干扰性,改善柜内气流组织,以期提高排风柜的性能。本文针对柜门贴附射流空气幕排风柜,通过理论研究,实验测量和CFD模拟对其性能及补风口的关键设计参数进行了研究。首先,通过理论分析的方法,结合竖壁贴附射流、自由射流和汇流的理论公式,推导出了贴附射流空气幕排风柜的射流轴心轨迹公式,并根据射流轴心轨迹公式得到了影响柜门贴附射流空气幕排风柜气流流动的三个补风口参数:补风口送风速度（u0）、补风口送风宽度（b0）和补风口距柜门的距离（s）。其次,由于本文研究的贴附射流空气幕排风柜的流动是由柜门附壁贴附射流,自由射流和排风柜自身排风在操作面处形成的汇流作用耦合而成。因此,本文分别在气流组织实验室测量了传统排风柜面风速以及贴附射流通风房间射流区风速,用来分别对排风柜的汇流作用和柜门附壁贴附射流的CFD模拟进行实验验证。此外,利用文献中的实验数据对实验室内污染物的泄漏模拟进行了验证。实验数据与CFD模拟预测结果接近,表明CFD模拟可以用来准确预测柜门贴附射流空气幕排风柜的气流组织及其性能。然后,本文通过经实验验证的CFD模拟,研究了补风口参数对柜门贴附射流空气幕排风柜的气流组织及性能的影响。结果发现:1)补风口送风速度（u0）对排风柜泄漏浓度的影响不是单调关系,当送风速度为2m/s时,排风柜操作面处会产生涡流,污染物泄漏浓度高达2.3ppm,不符合EN14175标准;当送风速度增加到5m/s左右时,排风柜的性能较好,污染物泄漏浓度低于0.01ppm,符合EN14175标准;当送风速度上升至7m/s左右时,排风柜操作面处出现涡流,污染物泄漏浓度会增加,排风柜性能恶化。2)补风口送风宽度（b0）越宽,补风射流风量越大,阻挡柜内污染物泄漏的效果越好,但会增加排风柜的能耗,因此在保证污染物浓度泄漏值满足规范要求的前提下,应选取合适的补风口宽度。3)补风口距柜门的距离（s）对柜门贴附射流空气幕排风柜的影响与“距离限值”有关,距离在6cm左右以内时,可以形成稳定的贴附射流,保证排风柜的性能,超过“距离限值”后,康达效应逐渐失效,排风柜性能恶化。再然后,本文对比了柜门贴附射流空气幕排风柜和传统排风柜的气流组织差异,发现空气幕排风柜明显了削弱“门槛”处的涡流,但拉门后涡流要比传统排风柜明显。为了保障本文提出的柜门贴附射流空气幕排风柜的性能,需要对补风口的参数进行优化研究,以确定最佳的补风口送风参数和设计参数。最后,本文采用正交设计方法,以EN14175中规定的排风柜操作面污染物泄漏浓度为性能评价指标,通过极差分析,得到了三个补风口参数的显著性排序:u0＞b0＞s。补风口最佳参数为u0=5m/s,b0=3cm,s=5cm。并对此最佳参数下的排风柜模型进行了数值模拟,得到排风柜污染物泄漏浓度仅为0.003ppm,符合EN14175标准的规定。本文的研究成果为柜门贴附射流空气幕排风柜提供了理论依据和设计指导,为有效提升排风柜的性能,实现化学实验室内的空气污染控制,保护化学实验室工作人员的健康做出贡献。

关键词：排风柜;空气幕;柜门贴附射流;正交设计;补风口参数

学科专业：工程（建筑与土木工程）（专业学位）

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 选题背景

1.1.1 化学实验室职业安全卫生

1.1.2 化学实验室能耗

1.2 传统排风柜国内外研究现状

1.2.1 传统排风柜简介及类型

1.2.2 排风柜评价指标

1.2.3 排风柜性能的影响因素及改善措施

1.3 研究目的及意义

1.4 研究内容与技术路线

2 柜门贴附射流空气幕排风柜

2.1 空气幕排风柜国内外研究现状

2.2 柜门贴附射流空气幕排风柜

2.3 本章小结

3 柜门贴附射流空气幕排风柜的射流轴心轨迹

3.1 贴附射流理论

3.2 自由射流+汇流理论

3.3 柜门贴附射流空气幕排风柜射流轨迹

3.4 本章小结

4 补风口参数对柜门贴附射流空气幕排风柜的影响研究

4.1 几何模型

4.2 数值模型

4.3 网格划分及网格独立性验证检验

4.4 边界条件设置

4.5 模型的有效性验证

4.5.1 传统排风柜汇流的实验验证

4.5.2 贴附射流的实验验证

4.5.3 污染物SF6验证

4.6 性能评价指标

4.7 补风口参数对排风柜气流组织及性能影响研究

4.7.1 补风口送风速度对排风柜的影响

4.7.2 补风口宽度对排风柜的影响

4.7.3 补风口距竖壁不同距离对排风柜的影响

4.8 本章小结

5 补风口参数优化研究

5.1 传统排风柜vs柜门贴附射流空气幕排风柜

5.1.1 排风柜内流场

5.1.2 排风柜内浓度场

5.2 基于正交设计的补风口参数优化

5.2.1 正交设计工况

5.2.2 影响因素显著性排序

5.2.3 最佳设计参数

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

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致谢