工程中常常会用到负压环境,负压环境通常通过引风抽吸作用产生。当引风管路中出现断口,负压环境的压力分布势必受到影响,达不到工作环境的负压要求。钢铁冶炼过程中的LF精炼炉就是一个典型的例子,由于引风管路与钢盖除尘风道的连接处存在断口,炉内顶部的负压分布达不到引风除尘的要求,大量烟尘从电极与钢盖的间隙中涌出,给炉前工作环境带来极大的烟尘污染。研究引风管路断口对管内流动状况的影响,不仅对负压工作环境的设计、运行、维护具有重要的指导意义,也能为LF精炼炉炉前环境改造提供一定的参考。首先,建立了引风管路环缝实验台,通过实验测得管路不同阻力特性下以及不同环缝宽度下,管内的压力变化和管路流量分配情况。分析了断口尺度与负压损失以及管路流量分配之间的变化关系。得出结论,管路阻力特性一定时,环缝宽度增加,管内的负压值呈现指数下降,环缝两侧的负压损失逐渐增大,管路右端进口质量流量呈现指数下降。为了建立环缝宽度、负压损失和管路流量之间的无量纲关系,引入了无量纲参量差压系数Cp,随着环缝宽度与水利直径之比δ/D的增大,各实验所得差压系数Cp都呈现出增加的趋势,并且各实验数据可用一条指数曲线拟合,说明Cp与δ/D之间的无量纲规律在引风管路环缝抽吸流动的物理现象中是具有共性的。然后,为了拓宽研究范围,开展了对环缝的数值研究,建立了相应的物理模型和数学模型(控制方程采用k -ε湍流双方程模型,计算节点采用非结构化的方法生成),在不同环缝宽度下、不同负压边界条件下对环缝模型进行了模拟,将模拟结果与实验结果进行对比,验证了数学模型在断口抽吸流动现象中的有效性。在此基础上,对模拟结果进行了分析,得出结论,当环缝入口和引风管上游侧入口的压力条件一定时,其对应的流量分配比例与负压边界条件(负压大小)无关,只与环缝宽度δ有关。之后,利用环缝模拟所采用的数学模型和颗粒轨道模型对LF精炼炉的炉内流场以及烟尘颗粒的运动轨迹进行了模拟,得到了LF精炼炉及其引风管内受断口影响下的流动图谱和压力分布规律。模拟结果显示,由于引风管路中存在断口,断口处负压大量损失,致使炉内顶部的平均静压高于大气压,电极与钢盖的间隙中有气体流出,流速大约为2～3m/s,同时大约有7.4～9.6%的烟尘颗粒从电极与钢盖的间隙中漏出。