基于FLUENT的防尘口罩泄漏性试验装置喷头流量检测分析

　　长期以来,个人防护用品是人们在劳动生产过程中使用并保障其人身安全的一种防御性装备,是防止伤亡事故和职业病必不可少的辅助措施。其中呼吸器官的尘害防护在劳防用品中占有极其重要的地位。对于如何能最高效率地防护呼吸器官,各国都在进行深入的研究。为了深入研究防尘口罩泄漏性对使用者所产生的危害,本文通过理论和数值模拟仿真两方面对防尘口罩泄漏性试验装置的喷头流量进行了分析与研究。

　　1　基本控制方程

　　1·1　连续性方程

　　1·2　对不可压缩实际流体的运动微分方程(即N-S方程)

　　1·3　两相流的数值模拟

　　在对含气溶胶的气体流场进行模拟时,由于气流是气固的混合物,所以采用多相流模型。FLUENT软件提供的多相流模型包括VOF模型、混合模型、欧拉模型。

　　VOF模型是通过求解单独的动量方程和处理穿过流体区域各项的体积比来模拟多相流的; Mixture模型假定了局部空间上的平衡,是一种简化的多相流模型,主要用于模拟各向同性多相流和各项以相同速度运动的多相流; Eulerian模型可用于多相分离流及其相互作用的模拟[1]。

　　混合模型的连续性方程为:

　　2　物理模型

　　图1为防尘口罩泄露性试验装置的喷头结构,含气溶胶的试验气体从入口进入,经过射流管和扩散器,最后从出口孔中排出。试验气体条件为:入口速度3·4m/s,气溶胶浓度为10mg/m3,其他相关初始条件为:入口直径Ф25mm,引出管直径Ф10mm,出口孔径Ф10mm,出口数量40。

　　3　数值模拟分析

　　首先,对出口进行编号,以x轴正方向开始沿z轴正方向编号,依次为1、2、3、4、5;随后逆时针方向旋转,继续以此规则编号: 6、7、8、9、10,以此类推。

　　3·1　改变夹角α

　　初始条件为:射流管头数4且均布,扩散器上半径140mm。

　　(1)侧面出口孔同经度不同纬度的速度分布对夹角为0°、11°、22·5°、33°时的仿真结果如图4。

　　根据以上的仿真结果,针对结构及数据分析可得到以下结论:

　　由于射流管的出口位置与出口孔的位置关系,导致随着夹角角度从0°开始逐渐增加,同经度气流速度的变化逐渐减小,当射流管出口位置处于两个相邻侧面出口孔经度位置的中间时,气流速度的变化为最小。

　　(2)侧面出口孔同纬度不同经度的速度分布对夹角为0°、11°、22·5°、33°时的仿真结果如图5。

　　针对结构及数据分析可得出结论:随着夹角角度从0°开始逐渐增加,同纬度气流速度的变化逐渐减小,当射流管出口位置处于两个相邻侧面出口孔经度位置的中间时,气流速度的变化为最小。