摘要： 从理论上分析了气流组织对通风效果的影响，根据大型原油运输船（VLCC）修船通风的特点，提出了一种新式的气流组织模型及其相应的末端装置，并通过利用示踪气体法测定通风效率，对气流组织作出了定量评价。

关键词：修船通风 气流组织 通风效率 空气分布器

1 引言

在大型原油运输船（VLCC即very large crude carrier）的检修过程中，由于切割和焊接等都会产生大量有害气体、烟尘和热量，不仅会严重影响人体健康，而且还有发生爆炸的危险，因此，船舱必须进行有效的通风。

VLCC船舱体积大，构造复杂；有害物源分散，而且通风系统使用时间非常短，一般工业通风的气流组织形式都不能满足要求。为此，笔者根据气流组织理论，提出了一种新型的气流组织形式，即全方位射流送风、自下而上全面通风和可能条件下的吹吸式排风。并研制出相应的送风系统末端装置。理论分析和模拟试验结果表明，气流组织合理，通风效率高，而且系统简单，是修船通风的理想气流组织形式。

2 通风气流组织的理论分析

2.1 通风过程与气流组织的关系

在给定条件下，气流组织形式确定之后，通风空间的气流流场也就随之确定，那么通风过程也就确定。因此，所有流体元素自进入通风空间到离开，所经历的时间（即驻留时间）均值即为定数。但是，每一流体元素在室内的驻留时间用是随机变量，若以τ表示，则τ=0～∞，驻留时间的分布函数F（τ）可以表示成： 　　

　　　　　　　（1） 　　

当采用示踪气体法来测量通风过程时，由于示踪气体（如CO₂）在通风气流中的浓度具有线性累加特性，因此，可以直接采用排风管内的浓度Ce(τ)/Ce(∞)来表示驻留时间的分布函数，即

F（τ）= Ce(τ)/Ce(∞) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　（2）

式在Ce(τ)和Ce(∞)分别为排风管内时刻τ和时刻∞的浓度。

于是得到驻留时间均值的计算式：

　　　　　　　　　　　　　　　　（3）

研究表明，在给定条件下，值大小完全由气流组织所确定，如果流场中的回流和涡流比较多，那么值比较大，通风过程就比较慢。反之，值比较小，通风过程就比较快。当流场中的回流和涡流趋近于零时，流场成为完全单向流，此时值最小，通风过程最快。所以，驻留时间均值是度量通风过程的良好尺度。

2.2 通风效果与通风过程的关系

我们利用通风过程方程式来描述通风过程，假设通风空间体积V，有害物质发生量，通风量L及通风时间τ，根据质量守恒，得到通风过程方程式：

　　　　　　　　　　　　　　（4）

式中M（τ）为室内时刻τ的有害物累积量。当τ=∞时，通风过程达到平衡状态，则可解出室内平均浓度：

　　　　　　　　　　　（5）

式中τ_V=V/L，称为通风过程额定时间常数。由于室内平均浓度是评价通风效果的主要指标，所以式（5）正好表明了通风效果与通风过程的相关关系。可以看出愈小，通风过程愈快，通风效果愈好。

2.3 通风效率

综合以上分析，不难看出，通风效果取决于通风过程，而通风过程又完全由气流组织所确定。因此，为了考虑气流组织对通风效果的影响，引出通风效率的概念，并定义为：

　　　　　　　　　　　　　（6）

式中_min为最小驻留时间均值。众所周知，当室内气流为完全单向流时，流场中无回流和涡流，所以驻流时间均值最小，而且沿流动方向的浓度呈线性增加，在排风管内达到最大值。因此，，所以由式（5）得到

　　　　　　　　　　　　（7）

那么 　　　　　　　　　　　　（8）

这就是说，通风效率是表示某一气流组织与单向流的接近程度。

以上分析表明，对于以排除有害物质为主要目的的室内通风，为了提高通风效率，气流组织型式应尽量接近单向流，如采用局部单向流通风、矢流送风以及吹吸式通风等。但必须指出，这些通风效率比较高的气流组织型式，必须有性能良好的末端装置与之相配合。这给通风的研究提出了新课题。

3 VLCC修船通风的气流组织设计

3.1 修船通风的特点

3.1.1 修船工作最大特点是检修地点不固定，每个地点的检修程度也不相同，通风负荷随时间和地点而变化。

3.1.2 修船周期短，小修只有一周，大修也不超过一个月。因此要求通风系统简单，灵活，便于拆装。