【正文】 研究現(xiàn)狀 國(guó)外研究現(xiàn)狀 以美國(guó)為例，其健康標(biāo)準(zhǔn)體系的建立始于 1950 年以后，到 1960 年日趨完善，根據(jù)資料分析，在 1983 年，美國(guó)政府工業(yè)衛(wèi)生協(xié)會(huì)公布的資料來(lái)看，按照粉塵的性質(zhì)，其將粉塵分為硅酸鹽、二氧化硅、煤、厭惡型粉塵和其它粉塵等；按照礦物性粉塵致肺纖維化的程度，將總粉塵濃度（粉塵的閾限值）分為了、 、 5mg、 6mg、 10mg 一共 5 個(gè)級(jí)別，這是按照粉塵對(duì)人體的危害的特點(diǎn)確定的。并且，在日常的生產(chǎn)中，通過(guò)職業(yè)衛(wèi)生管理局對(duì)企業(yè)的實(shí)踐檢測(cè)。 在日本，關(guān)于粉塵健康標(biāo)準(zhǔn)體系的建立始于 1960 年代 ，到 1980 年日趨完善，基礎(chǔ)為 佐野的塵肺有害度分級(jí)，對(duì)于粉塵的標(biāo)準(zhǔn)，分為兩類(lèi)，第一，在粉塵中游離的二氧化硅占到了 10%以上的為一類(lèi)；第二，在粉塵中游離的二氧化硅占到了 10%以下的為另一類(lèi)。 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國(guó)的粉塵健 康開(kāi)始的比較晚，直到 1980 年關(guān)于水泥粉塵的防治才具備了一定的規(guī)模，國(guó)內(nèi)開(kāi)始制定關(guān)于水泥粉塵防護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)，比如防護(hù)的設(shè)備、配套的標(biāo)準(zhǔn)、相應(yīng)的技術(shù)提供、產(chǎn)品性能的評(píng)估、對(duì)其安全性能的評(píng)價(jià)等等。 2021 年 5 月 1 日，由我國(guó)自己編制的《中華人民共和國(guó)職業(yè)病防治法》頒布發(fā)行，并予以實(shí)施，其中的二十一條 做了明確的規(guī)定，對(duì)于在生產(chǎn)中可能出現(xiàn)粉塵危害的企業(yè)，必須使用可以有效控制粉塵濃度的防護(hù)設(shè)備，并且需要為勞動(dòng)者提供相應(yīng)的防護(hù)用品，并且，這些防護(hù)設(shè)備必須符合防護(hù)要求，一旦不符合職業(yè)衛(wèi)生要求，達(dá)不到要求的，不允許員工上機(jī)工作。由于我國(guó)建立的比較晚，同時(shí)其他國(guó)家的關(guān)于粉塵防止的的防止法案和標(biāo)準(zhǔn) 比較好，所以我國(guó)的《工作場(chǎng)所有害因素職業(yè)接觸限值》的制定，是參考了美、日、德和前蘇聯(lián)等國(guó)修訂而成的。其中有關(guān)粉塵濃度的規(guī)定有 47 項(xiàng)，極大的推動(dòng)了國(guó)內(nèi)關(guān)于粉塵防止的發(fā)展，也給了企業(yè)一個(gè)參考的標(biāo)準(zhǔn)。在法案的具體落實(shí)中有很多的問(wèn)題，比如，工人自己的防護(hù)意識(shí)不高，在工作場(chǎng)所不佩戴公司的防護(hù)設(shè)備，無(wú)視國(guó)家和公司的操作規(guī)程，例如防塵口罩佩戴的嚴(yán)密與否，實(shí)際的防治效果是否明顯，因?yàn)榉蹓m濃度受到很多方面的 影響，也許僅僅需要員工的合理操作就可以控制粉塵的濃度值，還有就是法案的制定是參考而制定的，并不是通過(guò)國(guó)內(nèi)大量的統(tǒng)計(jì)而成，其標(biāo)準(zhǔn)是否有缺陷也是未知因素，還有就是企業(yè)的管理方面等等，每一個(gè)環(huán)節(jié)都可能影響水泥粉塵的防止。 表 2021年 — 2021年全國(guó)工業(yè)粉塵及水泥行業(yè)粉塵排放量 年份 全國(guó)工業(yè)粉塵排放量 /萬(wàn) t 水泥行業(yè)粉塵排放量 /萬(wàn) t 2021 1092 768 2021 991 506 2021 941 481 2021 933 459 2021 904 520 2021 911 505 2021 809 447 2021 699 280 2021 670 268 水泥粉塵是水泥行業(yè)職業(yè)病危害的一個(gè)重要方面，在現(xiàn)今水泥行業(yè)中，水泥粉塵對(duì)從業(yè)人員的危害是不容忽視的，而企業(yè)也必須要制定水泥粉塵的控制措施，做好勞動(dòng)者的職業(yè)危害防護(hù)工作。 研究的內(nèi)容和方法 研究的內(nèi)容 （ 1）初期的調(diào)研與文獻(xiàn)的研究 了解我國(guó)水泥行業(yè)粉塵危害現(xiàn) 狀，查閱粉塵控制技術(shù)研究相關(guān)文獻(xiàn)，學(xué)習(xí)[鍵入文字 ] [鍵入文字 ] 粉塵控制的相關(guān)研究成果。了解實(shí)地調(diào)研水泥包裝車(chē)間的通風(fēng)除塵設(shè)施現(xiàn)狀以及職業(yè)衛(wèi)生防護(hù)情況，分析粉塵控制需要研究的內(nèi)容以及粉塵控制技術(shù)需求。 （ 3）包裝車(chē)間數(shù)值模擬計(jì)算 根據(jù)確定的粉塵擴(kuò)散理論，針對(duì)水泥包裝車(chē)間的粉塵危害情況，進(jìn)行包裝車(chē)間數(shù)值模擬研 究，并記錄計(jì)算結(jié)果。 研究的方法和技術(shù)路線 本課題采用資料的分析、相關(guān)理論的研究、現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)研與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法進(jìn)行研究。 Zhao 等人對(duì)不同氣流組織形式下的通風(fēng)房間內(nèi)氣溶膠粒子的濃度和沉積分布規(guī)律進(jìn)行了研究 [4]，他們分兩類(lèi)進(jìn)行了研究，第一種為置換通風(fēng)；第二種為混合通風(fēng)，這兩種出于不同的氣流狀態(tài)，分別 觀察粉塵的分布規(guī)律，從而發(fā)現(xiàn)，在兩種不同的環(huán)境條件下，讓二者處于其他均相同的條件下，第一種比第二種的粉塵能更快的沉淀。 Chen 等人對(duì)通風(fēng)管道內(nèi)的顆粒物沉積情況進(jìn)行了數(shù)值分析 [5]，從粉塵顆粒的大小方面著手研究，在其他條件均相同的情況下，只有粉塵顆粒的粒徑不一樣，從而得出不同不同顆粒大小的粉塵的沉淀情況。 熊曉潔利用典型室外大氣顆粒物濃度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù) [6]，也是分為兩種情況進(jìn)行試驗(yàn)，第一，當(dāng)室內(nèi)環(huán)境下，有一種類(lèi)型的測(cè)試顆粒物，同時(shí)有另一種污染顆粒物，在相同的條件下，觀測(cè)測(cè)試顆粒物的濃度，從而判定其沉淀情況；第二，也是在室內(nèi)環(huán)境下，有同種類(lèi)型的測(cè)試顆粒物，但是沒(méi)有另一種污染顆粒物，在相同的條件下，觀測(cè)測(cè)試顆粒物的濃度，從而判定其沉淀情況；實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)測(cè)試顆粒物屬于大粒子時(shí)，室內(nèi)的通風(fēng)對(duì)其并沒(méi)有什么影響，主要是重力沉淀。 同時(shí)，在研究水泥車(chē)間粉塵的分布規(guī)律時(shí) ，也存在不同的看法，第一種看法，將水泥車(chē)間的流體看成是連續(xù)的介質(zhì)，而把粉塵看成是離散的介質(zhì)；第二種看法，將水泥車(chē)間的流體看成是離散的介質(zhì)，而把粉塵看成是連續(xù)的介質(zhì)；忽略其它情況，只研究流體與粉塵之間相互的作用力。因此該方案只用于理想模型狀態(tài)的研究，而不會(huì)用于解決實(shí)際的工程作業(yè)問(wèn)題。 當(dāng)然，以上的關(guān)于粉塵分布的模型對(duì)實(shí)踐的工程生產(chǎn)都進(jìn)行了一定程度的簡(jiǎn)化，在具體的模型建立中還需要考慮其是否符合實(shí)際的分布情況。 1） 重力和阻力 圖 為粉塵粒子收到的重力 F浮力 F介質(zhì)阻力 F3，其受力分析圖如下 [11,12] 圖 為了研究方便將水泥包裝車(chē)間粉塵視為球體形，則粉塵重力為： gdgmFppp ?? 31 6?? （ 1） 式中： dp：粉塵粒徑， m； ρp：粉塵濃度， kg/m179。 浮力等于同體積介質(zhì)的重量 gdgmFapa ?? 31 6?? （ 2） [鍵入文字 ] [鍵入文字 ] 式中： da：空氣質(zhì)量， kg； ρa(bǔ)：空氣濃度， kg/m179。 ??apvd?Re （ 4） 式中： μ：氣體粘滯系數(shù)， pa特別是 Re 時(shí)，pDC Re24? ，對(duì)于過(guò)渡區(qū)的顆粒，其阻力系數(shù)可用下式近似表示： )6e1e242/ 3ppRRCD ?? （ （ 5） 一般地， Re 小于 1，對(duì)球形顆?？蓱?yīng)用下列公式求顆粒運(yùn)動(dòng)的阻力： vdF p??33 ? （ 6） 該阻力的 1/3 分量為顆粒的形狀阻力分量，阻力的 2/3 分量為顆粒的摩擦阻力分量。在某一瞬間，微粒在另一個(gè)方向受到的撞擊作用超強(qiáng)的時(shí)候，致使微粒又向其它方向運(yùn)動(dòng)，被分子撞擊的懸浮微粒做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象叫做布朗運(yùn)動(dòng) ，受到的力叫做布朗力 [13]。 3） Magnus 力 包裝車(chē)間的粉塵顆粒，當(dāng)它與其它的顆?；蛘邏Ρ谙嘧矒糁?，可能會(huì)發(fā)[鍵入文字 ] [鍵入文字 ] 生旋轉(zhuǎn)， 產(chǎn)生一個(gè)垂直于 相對(duì)速度方向的升力，稱(chēng)為 Magnus 力 [14]。 4） Saffman 力 當(dāng)水泥包裝車(chē)間的粉塵顆粒足夠大時(shí)，其在流體中的速度梯度力也會(huì)變大，從而會(huì)產(chǎn)生一個(gè)，稱(chēng)為 Saffman 力 [15]。 5）熱泳力 水泥包裝車(chē)間粉塵 顆粒處在有溫度梯度的流場(chǎng)中，將受到自高溫區(qū)的熱壓力而向低溫區(qū)遷移，這種現(xiàn)象稱(chēng)為熱泳，使顆粒由高溫區(qū)向低溫區(qū)運(yùn)動(dòng)的力通常稱(chēng)為熱泳力 [16]。 6）附加質(zhì)量力 水泥包裝車(chē)間粉塵顆粒在周?chē)黧w加速而引起的附加作用力，成為附加質(zhì)量力 [17]。 ? ??? ?? ????? ? 0 )(6 2 dt vvddrFppagB （ 13） 8）壓力梯度力 當(dāng)水泥包裝車(chē)間粉塵顆粒在流體中，除了受到流體的阻力之外，還受到流體的壓力梯度力 [19]。 結(jié)論 通過(guò)對(duì)水泥包裝車(chē)間粉塵分布規(guī)律的相關(guān)理論調(diào)查和粉塵的受力分析，可以更好 的了解關(guān)于水泥粉塵的研究成果和進(jìn)度，更好的了解粉塵，從而為后面模型的建立提高理論依據(jù)和模型建立的基礎(chǔ)。如果對(duì)這些都不清楚，在建立模型時(shí)，每個(gè)因素都需要考慮，每個(gè)受力情況都得計(jì)算，這樣無(wú)形中會(huì)使模型的建立復(fù)雜化、困難化。 第三章 數(shù)值模擬 水泥包裝車(chē)間的數(shù)值的模擬和物理模型 水泥包裝車(chē)間的數(shù)值模擬 某水泥的包裝車(chē)間廠房的長(zhǎng)、寬、高分別為 8m、 8m、 4m。 如圖 所示，水泥包裝車(chē)間一共有 a， b 兩個(gè)通風(fēng)口， c 為通風(fēng)管道的出口。因此，本課題會(huì)根據(jù)實(shí)際情況和將要提出的控制措施進(jìn)行一些理想狀態(tài)的選擇，從而確定模擬的數(shù)值，并提出控制措施。模型的假設(shè)和簡(jiǎn)化如下： （ 1）水泥包 裝車(chē)間的粉塵顆粒，假設(shè)為理想狀態(tài)下的流體，即不可壓縮、常物性、定常流。 （ 2）水泥包裝車(chē)間內(nèi)的流體直接與外部的空氣相連接，車(chē)間內(nèi)部有溫度變化，車(chē)間外的氣體更是具備可變性，為了方便計(jì)算，忽略二者溫度的改變，將車(chē)間內(nèi)和外部的流體統(tǒng)一看做是恒溫狀態(tài)。 （ 4）水泥包裝車(chē)間的袋裝水泥 下落到下行皮帶頭處由于撞擊產(chǎn)生粉塵，此處 3 米范圍內(nèi)的粉塵濃度偏高，可以視作主要的塵源，其它區(qū)域的粉塵濃度低于國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)，故設(shè)定從皮帶機(jī)頭到皮帶 1m 內(nèi)為發(fā)塵面（皮帶的運(yùn)行速度為），即將測(cè)定的塵源發(fā)塵量平均分配到面積為 3m 內(nèi)。 [鍵入文字 ] [鍵入文字 ] （ 6）模擬水泥包裝車(chē)間的粉塵擴(kuò)散規(guī)律時(shí)，將粉塵顆粒的直徑視作同意，這樣可以簡(jiǎn)單快速模擬其運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。 模型研究的內(nèi)容 1）水泥包裝機(jī)生產(chǎn) 的袋裝水泥與皮帶撞擊點(diǎn)的粉塵的濃度； 2）撞擊產(chǎn)生粉塵的運(yùn)動(dòng)研究； 3）塵源粉塵的擴(kuò)散速率研究。性能也比較穩(wěn)定，攜帶方便。2% ；測(cè)量精度 ： 177。 圖 P5L2C 型微電腦粉塵儀 2） QDFA2 熱球式熱風(fēng)速儀 如圖 所示， QDFA2 熱球式熱風(fēng)速儀，此儀器一般也用于室內(nèi)粉塵濃度的測(cè)定，但是，粉塵顆粒物的移動(dòng)速度必須是低速才行。 [鍵入文字 ] [鍵入文字 ] 圖 QDFA2熱球式熱風(fēng)速儀 1）塵源處粉塵濃度的測(cè)試方法 根據(jù)上文的分析，塵源處粉塵的主要分布為 3m，并且根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)研，距離皮帶 處的粉塵濃度具有代表性，如圖 所示，在距離撞擊點(diǎn) 的平面設(shè)置 4 個(gè)測(cè)試點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)用儀器測(cè)量 4 次，每次 一分鐘。 測(cè)試的結(jié)果如表 ， 表 四 個(gè)測(cè)試 點(diǎn) 的平均 速度 表 測(cè)試點(diǎn) 測(cè)試點(diǎn) 4次的平均速度（ m/s） 1 2 3 4 將 4 個(gè)測(cè)試點(diǎn)的平均速度相加并除以 4即為塵源的速度 ， X塵源 =(X1+X2+X3+X4)/4=（ m/s） 水泥粉塵的擴(kuò)散研究 模型中參數(shù)的基本情況 為了更好的從模型中研究粉塵的擴(kuò)散規(guī)律，因此本課題將采用三維空間進(jìn)行研究，將運(yùn)用 FlUENT 軟件進(jìn)行數(shù)值計(jì)算， 塵源的發(fā)塵量 確定， 確定發(fā)塵量的公式如下： G=C V A （ 15） 其中： C 為塵源處粉塵濃度 ,kg/m3； V 為塵源處 的風(fēng)速， m/s； A 塵源處面積， m2， 經(jīng)上文的測(cè)定，塵源處濃度為 ，塵源處風(fēng)速為 ，塵源處的斷面面積為 ，從而求得其發(fā)塵量為： 10 5 kg/s。 模型中粉塵的擴(kuò)散規(guī)律 1）根據(jù) FlUENT 軟件的 運(yùn)行，其粉塵的軌跡運(yùn)行如圖 和 所示 ： 圖 圖 從圖中粉塵的運(yùn)動(dòng)軌跡分析，可知撞擊點(diǎn)正是整個(gè)包裝車(chē)間的塵源分布的核心區(qū)域，這也正面的驗(yàn)證了，我們選取的塵源點(diǎn)為研究粉塵的控制是合理的。 2）選取塵源點(diǎn)為研究對(duì)象，在其附近截取界面研究，取 y=， y=， y=。因此，水泥包裝車(chē)間的粉塵防止，最主要的就是撞擊點(diǎn)附近的粉塵治理。這是因?yàn)?水泥塵粒徑多在 010μ m之間，[鍵入文字 ] [鍵入文字 ] 細(xì)小顆粒粉塵不易沉降，大多數(shù)會(huì)隨風(fēng)漂移擴(kuò)散，在 x=， z=2,5m 處粉塵濃度達(dá)到了最大。 綜合結(jié)果分析，本課題通過(guò)對(duì)水泥包裝車(chē)間粉塵粒子的運(yùn)動(dòng)情況，受力情況，分布狀態(tài)等研究，將使用局部通風(fēng)的辦法，對(duì)水泥包裝車(chē)間的粉塵濃度進(jìn)行控制。即通過(guò)局部通風(fēng)系