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应用探析|千眼狼PIV测量系统在职业病防治中的应用

news 来源：原创 2025/5/14 10:10:48

1、职业病防治背景

随着《职业病防治法》及各省市“十四五”职业病防治规划的深入推进，工作场所粉尘危害监测与防控已成为疾控部门的核心任务。以矿山、建材、冶金、化工等行业为例，粉尘浓度、分布及传播特性的精准测量是评估职业病风险的关键。

传统的粉尘监测手段在精度、实时性和全面性上存在诸多局限，而基于粒子图像测速技术的PIV测量系统为粉尘监测提供了全新的解决方案。
2、PIV技术原理与粉尘监测优势
PIV技术是一种先进的非接触式流场测量方法，通过在粉尘流场中散布示踪粒子，利用高速摄像机连续拍摄粒子在短时间内位移变化的图像，再经过图像处理和相关算法计算，获取粉尘的的速度矢量场、涡量场等参数。
千眼狼PIV测量系统在粉尘监测中的差异化价值点：
1）非接触测量：避免传统接触式测量方法对流场的干扰，保证数据精准的同时提高操作的安全性和便捷性。
2）实时动态测量：高速摄像机凭借微秒级时间分辨率，实时捕捉粉尘动态变化过程，便于及时发现粉尘浓度超标或异常扩散。
3）可视化测量：支持粉尘浓度、速度、湍流强度、涡量云图等参数的可视化测量。
4）高精度测量：支持捕捉粉尘粒子的微小位移，测量精度可达亚像素级别，准确评估粉尘浓度和扩散规律。
3、千眼狼PIV技术在职业病防治中的应用
1）搭建PIV系统，选择粉尘产生源附近、通风扩散路径等关键位置上布置千眼狼高速摄像机，确保拍摄角度覆盖监测区域。
2）根据实验环境、实验类型、实验范围，添加示踪粒子，匹配合适的PIV高速摄像机、曝光时间、激光片光源等参数。
3）启动系统后，PIV测量系统采集粉尘粒子在流场中的序列图像，并利用PIV软件进行互相关计算，得到速度矢量场，进一步求解速度矢量场的旋度得到涡量场，并通过图像灰度值的分析得到粉尘浓度分布云图等结果。
4）数据应用上，速度矢量场可视化显示粉尘在工作场所中的运动方向和速度大小，助力识别粉尘的主要扩散路径和高速运动区域，为设置防尘屏障和通风设施提供参考。涡量场揭示粉尘流场中的涡旋结构，涡旋可能导致粉尘局部积聚或二次扩散，通过分析涡量分布，可优化设备布局和通风系统设计，减少粉尘停留时间。粉尘浓度云图可视化呈现工作场所中不同位置的粉尘浓度分布情况，便于确定高浓度风险区域，针对性采取局部通风、喷雾降尘等措施。
4、具体应用案例与数据
案例1：巷道内流场研究（如矿井巷道、通风管道、交通隧道、地下设施等）在工程、安全和环境领域具有重要作用。千眼狼高频PIV流场测量系统分析了某矿井巷道内的流场，对优化通风设计，给出了直观、可视化的指导数据，确保新鲜空气有效输送到作业面，同时将粉尘及其他有害气体（如瓦斯、一氧化碳）及时排出，避免爆炸、窒息或职业病风险。
案例2：新风系统的送回风形式多样，千眼狼PIV流场测量系统测量在微正压环境下，顶送、地送、地回房间内、回风口附近的流场。通过对回风口流场的可视化测量，帮助优化“定向排风”系统，确保厂房的污染空气优先被回风口捕获，避免扩散至走廊或其他区域。同时， PIV流场测量系统的可视化优点，利于发现可能形成的局部“气流短路”，该“气流短路”容易导致污染物（如有毒有害气体、CO₂、PM2.5、病毒气溶胶）无法有效排出室内。
案例3：研究气溶胶喷雾除尘系统的流场（气流与液滴运动分布）对高粉尘环境下提升除尘效率、降低能耗、优化设备设计及保障作业安全具有重要意义。千眼狼高频PIV流场测量系统对气溶胶喷雾除尘设备的流场进行可视化分析，研究液滴与粉尘颗粒的相互作用（如惯性碰撞、截留、扩散捕获），有利于优化液滴粒径（通常20~200 μm效率最佳）和喷雾密度，提高捕获率；其次，在高温或高风速环境中，液滴可能未接触粉尘即蒸发失效，千眼狼PIV测量系统针对液滴初速度与粒径优化，平衡沉降时间与蒸发速率，可提供客观数据支撑。