一种基于CFD模拟的通风柜污染物捕集效果的评价方法技术

本发明专利技术提供一种基于CFD模拟的通风柜污染物捕集效果的评价方法。所述方法是通过CFD模拟对通风柜内污染物浓度场进行三维模拟，分析通风柜污染物浓度场的分布趋势和浓度，并根据分析结果确定相应的危害防护措施。

【技术实现步骤摘要】
一种基于CFD模拟的通风柜污染物捕集效果的评价方法
本专利技术涉及职业卫生与职业危害接触控制技术和室内环境科学
，具体而言是一种基于CFD模拟的通风柜运行噪声控制的方法。
技术介绍
通风柜是是实验室中污染物排放控制的常用设备。目前大多数实验操作者对于通风柜污染物捕集效果的评价仅仅是根据出厂时的抽检报告，而忽略了对通风柜在实际使用过程中捕集效果的评价。但是实验室内通风柜的实际运行工况相对复杂，一般会涉及内置仪器设备、加热操作和污染物排放等；同时很多实验过程需要操作者长时间以坐姿来完成，由此造成人员的呼吸带非常接近通风柜入风面，加上人员尾流的叠加效应增加了实验操作者接触有害污染物所带来的职业健康危害。特别是对于一些具有非常低的职业接触限值的污染物，如肼类(0.01ppm)、砷化氢(0.005ppm)以及大量的活性药物成分和毒理信息尚不明确的新化学物质，这样的接触风险更是应当引起足够的重视。因此，在无法完全避免各种化学品使用的前提下，非常有必要对通风柜实际使用过程中的捕集效果进行分析评价，切实保护实验室工作者的职业健康和安全。目前，常用的通风柜对于污染物捕集效果评价方法主要包括定性和定量两大类。前者是通过烟雾发生器、粒子成像仪和高速摄影设备等来分析通风柜内气流组织，从而间接地定性评估其对于污染物的捕集效果；后者包括通过对通风柜入口面风速现场实测间接评估的方法和示踪气体检测直接评估的方法。虽然以上方法已经比较成熟，但都存在明显的缺陷，即只能间接、定性地进行评估；即使是进行示踪气体定量评估，也会产生产生大量温室气体排放、通风柜过滤效率降低以及检测仪器灵敏度不足等问题，而且工作量和资金投入都非常大。因此，我们需要一种新的评估方法，可以模拟通风柜内污染物浓度场的分布趋势和浓度，对通风柜实际使用过程中污染物捕集效果进行定量评估，并对比设定的污染物控制限值提出相应防护措施的建议，以解决目前现有评估方法中的各种缺陷问题。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术提出一种基于CFD模拟的通风柜污染物捕集效果的评价方法。所述方法是通过CFD模拟对通风柜内污染物浓度场进行三维模拟，分析通风柜污染物浓度场的分布趋势和浓度，并根据分析结果确定相应的危害防护措施。在本专利技术一实施例中，利用FLUENT软件对所述通风柜污染物浓度场进行三维模拟。特别地，利用FLUENT前处理软件ICEMCFD进行三维模拟。在本专利技术一实施例中，所述方法包括以下步骤：步骤1.根据所述通风柜的三维结构划分网格，并确定三维模拟所需的相关参数、初始条件和边界条件；步骤2.在所述FLUENT软件中设定各相关参数并计算获得分析结果；步骤3.根据步骤2获得的结果确定所述通风柜的入口面上的污染物浓度值分布趋势；以及，步骤4.将步骤3所确定的污染物浓度的最大值与一预设的污染物控制限值进行比较，确定职业危害接触分级。在本专利技术一实施例中，三维模拟所需的相关参数包括：操作环境参数、通风柜内置障碍物参数、热源温度、污染物释放特征和通风柜三维几何尺寸。在本专利技术一实施例中，所述操作环境参数包括：通风柜入风口的平均面风速值。在本专利技术一实施例中，所述通风柜内置障碍物参数包括：障碍物的长宽高尺寸和障碍物在通风柜内所处的位置。在本专利技术一实施例中，所述污染物释放特征包括：污染物释放速率和初始浓度。在本专利技术一实施例中，所述热源温度是指发热面的表面温度。在本专利技术一实施例中，在所述步骤4中，将步骤3所确定的污染物浓度的最大值与一预设的污染物控制限值进行比较，确定职业危害接触分级。也就是说，在步骤4中，根据所确定的污染物浓度的最大值所占预设的污染物控制限值的百分比，来确定职业危害接触分级，并根据该分级来确定所对应的防护措施。表1所列的为污染物浓度的最大值所占预设的污染物控制限值的百分比、职业危害接触分级及防护措施的对应表。表1.污染物浓度的最大值与预设的污染物控制限值的百分比、职业危害接触分级及防护措施的对应表在本专利技术一较佳实施例中，提供一种基于CFD模拟的通风柜污染物捕集效果的评价方法，所述方法具体包括以下步骤：步骤1.CFD三维建模(1)确定模拟场景和初始参数确定模拟场景为化学通风柜，所需的通风柜入口风速值为0.57m/s；(2)几何模型建立和网格划分利用FLUENT前处理软件ICEMCFD构建整个模拟区域的三维模型：在通风柜内部台面中心位置构建一个圆柱体，在两侧距其50mm处对称构建两个长方体，长方体的底面中心点与圆柱体底面中心点处于同一水平位置，分别模拟实际通风柜使用过程中内部放置的污染物释放源和恒温加热平台；另外，在通风柜内部台面水平中心位置且距离通风柜入口平面50mm处构建一长方体，以模拟内置的仪器设备；然后，获得模拟区域的网格数据；步骤2.FLUENT求解(1)参数设置将所述网格数据文件导入FLUENT求解器并完成网格质量检查，根据待模拟的场景进行参数设定：根据通风柜入口气流的状态选择标准k-ε紊流计算模型、定义流体物理性质、热源温度和污染物释放特征；模拟过程中需要定义的边界条件包括：速度入口、出口排风风机、通风柜固体壁面、质量流入口边界条件；随后启动组分输运模型，设置组分为空气和污染物的混合物；对算例进行检查无出错信息后进行流场初始化；其中，所述操作环境参数包括：通风柜入风口的平均面风速值；所述污染物释放特征包括：污染物释放速率和初始浓度；所述热源温度是指恒温加热平台的表面温度；(2)FLUENT迭代运算经过相关参数设置后，开始进行迭代运算，求解方式为SIMPLE(Semi-ImplicitMethodofPressure-LinkedEquations)，能量的残差收敛因子设为1E-06，其他各变量的残差收敛因子设为1E-04；使用双精度求解器和二阶精度离散格式进行计算；当残差曲线区域稳定时，停止运算；将得到的运算结果导入后处理模块CFD-POST，进行数据可视化分析；步骤3.结果分析利用FLUENT自带的后处理功能对结果进行可视化分析，得到通风柜内部污染物的分布趋势和浓度；根据污染物的浓度最大值与以预设的污染物控制限值的比值，按照表1来确定职业危害接触分级。在本专利技术中，利用FLUENT软件模拟通风柜内污染物的分布情况和浓度数值，并将数值模拟结果与预设的污染物控制限值进行比较，进而提出相应的职业危害接触防护措施。因此，利用本专利技术所述方法，可以解决现有评价技术中大量温室气体排放、无法分析通风柜内浓度场的整体分布状况、人工检测劳动强度大以及仪器复杂程度高等问题，从而实现数值模拟过程简单、人工劳动强度小和污染物捕集效果评价准确的优点。通过职业危害接触防护措施的实施，从而降低实验操作人员的职业健康和安全风险，改善实验室工作环境。附图说明图1是通风柜入口平均面风速测量方法示意图；图2是CFD模拟的几何模型结构图；图3是通风柜的网格划分示意图；图4是通风柜入口面污染物浓度值云图；图5是通风柜内不同高度污染物扩散趋势图；图6是污染物释放口水平面上温度分布图。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术做详细的说明，实施例旨在解释而非限定本专利技术的技术方案。根据本专利技术实施例，提供了一种基于CFD模拟的通风柜污染物捕集效果的评价方法。所述方法是通过CFD模拟对通风柜内污染物浓度场进行三维模拟，分析通风本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于CFD模拟的通风柜污染物捕集效果的评价方法，其特征在于，所述方法是通过CFD模拟对通风柜内污染物浓度场进行三维模拟，分析通风柜污染物浓度场的分布趋势和浓度，并根据分析结果确定职业危害接触分级。

【技术特征摘要】
1.一种基于CFD模拟的通风柜污染物捕集效果的评价方法，其特征在于，所述方法是通过CFD模拟对通风柜内污染物浓度场进行三维模拟，分析通风柜污染物浓度场的分布趋势和浓度，并根据分析结果确定职业危害接触分级。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用FLUENT软件对所述通风柜污染物浓度场进行三维模拟。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1.根据所述通风柜的三维结构划分网格，并确定三维模拟所需的相关参数、初始条件和边界条件；步骤2.在所述FLUENT软件中设定各相关参数并计算获得分析结果；步骤3.根据步骤2获得的结果确定所述通风柜的入口面上的污染物...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈康，张洪波，章文俊，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31