دراسة تشتت الغبار – مختبر الجيولوجيا

المشروع

دراسة تشتت الغبار - مختبر الجيولوجيا

السنة

2025

العميل

نورث كارولاينا

الموقع

باريس

التصنيف

المختبرات

مواصلة التصفح :
جدول المحتويات
آخر أخبارنا :
مشاريعنا المختبرية :
مجالات خبرتنا :

هل تحتاج إلى رأي خبير؟

مهندسونا مستعدون للاستماع ومواجهة أي تحدٍ.

العمل الذي تقوم به شركة EOLIOS Ingénierie: الخبرة في محاكاة CFD والتحكم الهوائي.

مهندسو EOLIOS خبراء في نمذجة تدفقات الهواء وتشتت الجسيمات.

مكنتناخبرة EOLIOS في محاكاة ديناميكيات السوائل الحاسوبية (CFD) من تحليل ظواهر تشتت الجسيمات في مختبر جيولوجي. وباستخدام النمذجة الواقعية ثلاثية الأبعاد والنهج العلمي الدقيق، سلطت الدراسة الضوء على المناطق المعرضة للخطر وقيمت فعالية أنظمة الالتقاط الحالية.
وقد ساعد هذا النهج على تحسين سلامة المشغلين وتحقيق تحسينات دائمة في جودة الهواء في بيئة عمل صعبة.

تُعد EOLIOS شركة رائدة في مجال محاكاة CFD المطبقة على البيئات الداخلية المعقدة، مستفيدةً من الملاحظات المكثفة من حملات القياس والدراسات العديدة التي أجريت على مواقع حقيقية.

الحفاظ على الصحة في قلب المختبرات: تحدٍ بالغ الأهمية

الهواء كناقل للمخاطر في الأماكن الضيقة

في مختبرات تحضير الحفريات، تلعب جودة الهواء المحيط دورًا أساسيًا في حماية صحة العاملين في مختبرات تحضير الحفريات. وخلف المعالجات العلمية الدقيقة، التي غالباً ما تتم باستخدام أدوات ميكانيكية أو هوائية، تكمن ظاهرة أقل وضوحاً بكثير ولكنها قد تكون خطيرة: انتشار الغبار الناعم من الحفريات أو المصفوفات الصخرية.

كما هو الحال في المستشفيات أو البيئات الصيدلانية، ترتبط مناطق التحضير الجيولوجي بمتطلبات الترشيح. الغبار المتولد عند إطلاق الحفريات يمكن أن يكون كاشطًا ومهيجًا وحتى سامًا، اعتمادًا على تركيبته. لذلك فإن التحكم في انتشارها أمر حتمي، ليس فقط لضمان راحة العمل، ولكن أيضًا لمنع أي مخاطر صحية مرتبطة بالتعرض المزمن.

النمذجة ثلاثية الأبعاد لمختبر تحضير الحفريات القديمة

المصادمات والغبار والانتشار: ثلاثي يجب الانتباه إليه

في قلب عملية استخراج الحفريات، تعمل الأدوات المستخدمة كناقلات قوية لتعليق الجسيمات. وينطبق هذا بشكل خاص على أقلام الإيقاع الهوائي المستخدمة لتفتيت الصخور برفق حول العينات. تولد هذه الأدوات تدفق هواء يبلغ حوالي 1 متر/ثانية عند المخرج، مما يدفع الغبار ميكانيكيًا إلى البيئة المباشرة.

قلم الإيقاع المستخدم في المختبر

في حالة عدم وجود التقاط فعال عند المصدر، يمكن أن تنتشر هذه الانبعاثات بحرية في حجم الغرفة، وتمر عبر مساحة العمل وتصل إلى المسالك التنفسية للمستخدمين. تتفاقم هذه المشكلة بسبب وجود العديد من محطات العمل التي تعمل في وقت واحد، وبسبب هندسة الغرفة المقيدة، حيث يمكن أن تواجه تدفقات الهواء عوائق أو تخلق حلقات إعادة تدوير.

في مواجهة هذا التكوين، غالبًا ما تكون أنظمةالاستخراج التقليديةالمثبتة على الحائط أو أنظمة تجديد هواء الغرفة العامة غير كافية. ومن ثم يصبح النهج الموضعي المستهدف ضرورياً.

دراسة CFD لإضفاء الطابع الموضوعي على الأداء وتوجيه الخيارات التقنية

هذه هي خلفية الدراسة التي تجريها EOLIOS. وهي تستند إلى استخدام المحاكاة العددية باستخدام ميكانيكا الموائع (CFD) لتحليل ظواهر تشتت الجسيمات وقياسها وتصويرها داخل مختبر الجيولوجيا.

الهدف من هذه النمذجة ذو شقين:

  • التحقق من أداء الالتقاط لخزانة الدخان الحالية، والتحقق من أن سرعات الوجه تفي بالمتطلبات التنظيمية(المعيار EN 14175) وأن احتواء الملوثات تحت السيطرة.
  • لتقييم الفعالية المقارنة بين عدة تشكيلات للتحكم في الغبار المتولد في محطات العمل: عدم وجود مجموعة غبار متنقلة، وإضافة أذرع شفط الغبار، وتركيب حماية أمامية.

من خلال نمذجة هذه السيناريوهات المختلفة وتصوير مسارات الجسيمات المنبعثة، تتيح الدراسة تحديد المناطق المعرضة للخطر، وتحديد الكميات المتأثرة بالغبار، وتوجيه الخيارات التقنية نحو حلول مثبتة وعملية ومجدية اقتصاديًا.

الفهم من أجل حماية أفضل: لماذا نستخدم نمذجة CFD؟

محاكاة لتصور غير المرئي

تُعد المحاكاة العددية باستخدام ميكانيكا الموائع (CFD) الآن أداة أساسية للتحكم في البيئات الداخلية المعقدة. في مكان مغلق مثل مختبر جيولوجي، حيث يتفاعل تدفق الهواء والعوائق المادية وانبعاثات الجسيمات باستمرار، لا يمكن إلا للنمذجة الدقيقة ثلاثية الأبعاد أن توفر فهمًا للديناميكيات الحقيقية للهواء والغبار.

ويعتمد النهج الذي طورته EOLIOS على النمذجة التفصيلية لمختبر تحضير الحفريات، مع دمج هندسة الأثاث والخصائص التقنية لمعدات التهوية ومصادر انبعاثات الجسيمات. ومن هذه القاعدة، تمت محاكاة سيناريوهات تمثيلية، في حالة مستقرة، من أجل إعادة إنتاج سلوكياتالتدفق والتشتت التي يمكن ملاحظتها في الظروف الحقيقية.

الدراسة التفصيلية لأنظمة صيانة جودة الهواء - السوربون

مقارنة موضوعية لحلول الالتقاط

كان أحد الأهداف الرئيسية لهذه الدراسة هو تصور السيناريوهات المختلفة والتحقق من الامتثال للمعايير الحالية:

  • خزانة الدخان في التشغيل الاسمي (معدل التدفق المنخفض) والتشغيل المكثف (معدل التدفق الأقصى)، من أجل التحقق من الامتثال لسرعات الوجه التنظيميةوفعالية احتواء الملوثات.
  • يتم تقييم شبكات الشفط المثبتة على الحائط، والمثبتة في الجزء الخلفي من الغرفة، لتقييم قدرتها على إخلاء الجسيمات المنبعثة فيالبيئة العامة.
  • أذرع شفط متحركة، لتقييم فعاليتها في المصدر عند التعامل مع الحفريات.
  • وجود أو عدم وجود حماية أمامية على محطات العمل، من أجل تقييم دورها في الاحتواء المحلي للغبار المتوقع.

تحدد محاكاة CFD سرعات الهواء وتركيزات الغبار (باستخدام مقياس الانتشار) ومسارات الانبعاثات في كل نقطة في الغرفة. يتم تحليل كل حل بشكل واقعي وكمي.

اكتشاف مجالات الخطر لتوجيه التحسينات

وبالإضافة إلى سرعات الهواء البسيطة، تتيح النمذجة تحديد المناطق الحرجة: ركود الغبار، وحلقات إعادة الدوران، والصعود الرأسي أو الانتشار العرضي. هذه الظواهر، التي غالبًا ما تكون غير مرئية للعين المجردة، يمكن أن تكون مصدرًا للتلوث الثانوي أو إعادة التلوث في غياب الاحتواء المناسب.

وبفضل هذا النهج، من الممكنتوقع الأخطاء في التصميم أو الاستخدام، واقتراح التحسينات المستهدفة: سواء كان ذلك يتضمن تغيير موضع الأذرع أو تعديل معدلات التدفق أو إضافة أجهزة سلبية مثل الشاشات الواقية.

الغوص في قلب المختبر: بيئة منمذجة بدقة

نمذجة ثلاثية الأبعاد مطابقة لواقع الأرض

وتعتمددقة نتائج التصميم الميكانيكي التلقائي قبل كل شيء على دقة النموذج الرقمي. بالنسبة لهذه الدراسة، قام فريقEOLIOS بإعادة بناء مختبر تحضير الحفريات بالتفصيل باستخدام مخططات DWG للموقع وأوراق البيانات الفنية للمعدات الموردة. تم دمج كل عنصر يؤثر على التدفقات: الأحجام والفواصل والأثاث وأسطح العمل وأنظمة الانتشار والاستخراج.

البيئة ثلاثية الأبعاد التي تم الحصول عليها هي تمثيل واقعي للمختبر، بما يتماشى مع ظروف الاستخدام الحالية. تتيح هذه الدقةتوقع تدفقات الهواء الحقيقية والتفاعلات المعقدة بين مصادر الانبعاثات والعوائق المادية وأنظمة التهوية.

النمذجة ثلاثية الأبعاد لمختبر تحضير الحفريات القديمة

التكامل التام لمعدات الالتقاط

تم نمذجة جميع أجهزة مناولة الهواء الفعلية في الغرفة:

  • تمت محاكاة خزانة الدخان، المستخدمة في المناولة عالية الخطورة، في تشكيلين تمثيليين: تدفق منخفض مع فتح النافذة، وتدفق أقصى تدفق مع فتح النافذة بالكامل، من أجل تقييم أداء الاحتواء.
  • تعمل ناشرات الهواء المثبتة في السقف على توفير الهواء النقي. ويضمن تصميمها الخاص التحكم في الانتشار، مع الحد الأدنى من تعطيل تدفقات الهواء المحلي.
  • تساعد اثنتا عشرة شبكة شفط مثبتة على الحائط، مرتبة على مستويين خلف محطات العمل، علىتفريغ الجسيمات المتبقية من البيئة، وتعوض ما إذا كانت خزانة الدخان مفعلة أم لا.
  • تم وضع نظامي شفط متحركين مزودين بأذرع مفصلية في أقرب مكان ممكن من الحفريات. فهي تلعب دوراً أساسياً في التقاط المصدر.
النظر في أنظمة توزيع الهواء
النظر في أنظمة استخلاص المصدر المتنقلة لالتقاط الصور

وأخيرًا، ولإعادة إنتاج سيناريو الانبعاثات بأمانة، تم نمذجة قلم ضارب ينفخ بسرعة 1 م/ث باستمرار على مستوى الحفريات، في كل محطة عمل. يحاكي هذا الجهاز إطلاق الغبار أثناء المعالجة الميكانيكية للأجزاء.

إطلاق الغبار من مسمار الإطلاق

منهجية محاكاة CFD الصارمة

استُخدمت المقاييس السلبية لمحاكاة تركيز الجسيمات في الهواء، مع وجود أسطح متساوية ومستويات مقطعية مستعرضة لتصور التشتت أو التراكم اعتمادًا على التكوين.

توفر نتائج محاكاة CFD صورة دقيقة لظواهر تشتت الجسيمات في المختبر. تم تحليل كل تكوين بالتفصيل باستخدام عرض تبادلي مرجعي (مستويات السرعة، والمقاطع القياسية، والأسطح المتساوية وآثار التيار). والهدف من ذلك هو تحديد المجالات المعرضة للخطر، وتحديد فعالية أنظمة الالتقاط، وتوجيه الخيارات التقنية نحو الحلول الأكثر فعالية.

ما تكشفه المحاكاة: المسارات والسرعات والتركيزات

الحالة المرجعية بدون حماية: الانتشار غير المنضبط للجسيمات

في التكوين الأول، يظهر المختبر بدون أي نظام شفط متحرك، ومجهز فقط بشبكات شفط مثبتة على الحائط. يتوافق هذا الوضع معالحالة الأصلية، قبل إضافة أجهزة الالتقاط المستهدفة.

تظهر النتائج تبددًا سريعًا وغير منضبط للغبار بمجرد انبعاثه. وتنتشر الجسيمات المتولدة على مستوى الحفريات (التي تم نمذجتها بواسطة مقياس سلبي) على نطاق واسع في الفضاء، وتصل بسرعة إلى المناطق الجانبية والعلوية، خاصة على مستوى وجوه المشغلين (مستويات على ارتفاع 1.70 م).

التركيز المكاني للملوث

تحدث إعادة تدوير الهواء في المنطقة المركزية للمختبر، ويغذيهاالتفاعل بين هواء الإمداد من الموزعاتوالبنية الداخلية للغرفة. تشجع مناطق الركود هذه علىتراكم الجسيمات وبقائها معلقة لفترة أطول.

على الرغم من أن شبكات الشفط المثبتة على الحائط، على الرغم من توزيعها على مساحة واسعة، إلا أنها محدودة الفعالية. فهي لا تلتقط الجسيمات بفعالية بمجرد انبعاثها. والنتيجة: تتبع غالبية الملوثات مسارات عائمة، وتؤكد العديد من الأسطح المتساوية ذات العتبات الحرجة استمرار تلوثالهواء المحيط.

الأسطح المتساوية مع عتبات تلوث الهواء الحرجة

إضافة أذرع شفط متحركة: تحسين واضح

يُحدث إدخال ذراعي الشفط المتحركين تحولاً جذرياً في المشهد الهوائي للمختبر.

وبمجرد تركيبها فوق محطات العمل، لوحظ انخفاض واضح في تركيزات الجسيمات في المقاطع القياسية. يتم التقاط الجسيمات بمجرد انبعاثها أو بعد ذلك بوقت قصير جدًا، مما يحد من انتشارها في الفضاء.

تُظهر آثار التيار اتجاهًا مباشرًا للتدفقات نحو فوهات التجميع. يصبح مسار الجسيمات قصيرًا ومضبوطًا. في المستويين الطولي والعرضي، تنخفض المقاييس بشكل كبير، وتتقلص الأسطح المتساوية الحرجة حول مناطق الانبعاثات.

السطح المتساوي عند العتبة الحرجة التي تمتصها الفوهات

ومع ذلك، تعتمد الفعالية على الموضع الصحيح للأذرع، والتي يجب أن تكون في الوضع المثالي على بعد بضع عشرات من السنتيمترات من نقطة تأثير أقلام الإيقاع. تعتبر الحساسية تجاه تحديد المواقع كبيرة، ويمكن أن يؤدي سوء المحاذاة إلى تقليل الأداء بشكل كبير.

إضافة حماية أمامية للمحطة المركزية: العامل الحاسم

ولزيادةتحسين الاحتواء، تمت إضافة حماية أمامية لمحطة العمل المركزية، حيث تعمل كحاجز مادي يكمل أنظمة الاستخراج.

يؤديالتأثير المشترك للقبة المتحركة والحاجز الأمامي إلى تحسن كبير في الاحتواء. لا يتم التقاط الجسيمات بواسطة الذراع فحسب، بل يتم احتجازها أيضًا بواسطة الحجم المحدود الذي يحدده القسم. يظلالهواء الفاسد محصورًا حول الطاولة ولا يتسرب إلى الجو.

سطح متساوي مع عتبة حرجة تمتصها فوهة متحركة

تكشف المستويات القياسية عند 1m70 عن غياب ظاهري للجسيمات في مناطق التنفس. تقل التركيزات عن حدود الكشف في معظم أنحاء الغرفة. تصبح الأسطح الداخلية غير موجودة تقريبًا، وتتبع المسارات الحالية مسارات موجهة حصريًا نحو مناطق الاستخراج.

خطة تركيز الملوثات في الفضاء بعد تنفيذ الحلول

يُظهر هذا النظام تآزرًا قويًا بين الالتقاط الميكانيكي والهيكلة المادية للفضاء. تؤدي إضافة الحماية إلى تحويل ذراع الشفط إلى نظام محصور محليًا، تقتربكفاءته منكفاءة محطة العمل المغلفة.

تحليل المقاطع العرضية والأسطح المتساوية وآثار التيار

يعتمد ثراء التحليل على مجموعة من التمثيلات البيانية التي يمكن استخدامها لوصف سلوك كل من التدفقات والجسيمات العالقة:

  • توضح مقاطع السرعة ديناميكيات التدفقات الناتجة عن الموزعات وأنظمة التجميع والفتحات.
  • توضح المقاطع القياسية، في الإسقاط الرأسي والأفقي، التوزيع المكاني لتركيزات الجسيمات.
  • تحدد الأسطح غير المستوية الأحجام الإشكالية، حيث يكون خطر التلوث أعلى ما يكون.
  • توضح آثار التيار، التي بدأت عند نقطة انبعاث الجسيمات، المسار الذي تتبعه الجسيمات. كما أنها تسلط الضوء على مناطق الركود وأي ارتداد، بالإضافة إلىكفاءة الالتقاط في ظل وجود أسلحة أو حماية.

يقدم هذا النهج المتكامل تشخيصاً كاملاً ومرئياًلبيئة العمل. فهو لا يتحقق من صحة الأنظمة المعمول بها فحسب، بل يقدم أيضًا توصيات محددة بشأن التحسينات الممكنة، مثل وضع المعدات أو معدلات التهوية أو هندسة محطات العمل.

ما الذي يمكن أن تفعله الدراسة: التحقق من صحة التحكم المستدام في الغبار وتعديله وتأمينه

CFD في خدمة صحة المشغل

توفردراسة CFD التي أجرتها EOLIOS في مختبر الجيولوجيا رؤية دقيقة وعملية لظواهر الغبار المرتبطة بعمليات التنقيب عن الحفريات الأحفورية. وبفضل النمذجة الواقعيةللبيئة والمعدات وانبعاثات الجسيمات، فإن النتائج التي تم الحصول عليها تمكن من التحقق من صحة الأنظمة الحالية، واكتشاف نقاط الضعف في النظام واقتراح تعديلات عملية لتحسين سلامة المشغل.

توضح هذه الدراسة القيمة المضافة للمحاكاة الرقمية في فهم البيئات عالية الخطورة. وبفضل النهج الصارم وأدوات الحساب المتقدمة، أصبح من الممكن الآن تصور الظواهر غير المرئية مثل تشتت الجسيمات وتدفقات الهواء ومناطق الركود، واتخاذ إجراءات مستهدفة.

يُعد CFD أداة حقيقية لصنع القرار. فهو لا يمكّن من التحقق من صحة المعدات فحسب، بل يساعد أيضًا علىتوقع الأخطاء في التخطيط أو التحجيم أو الاستخدام. من خلال جعل التدفقات مرئية، فإنها تحول الوقاية إلى عمل ملموس.

نهج للوقاية والأداء

بالإضافة إلىتحليل لمرة واحدة، تُعد هذه الدراسة جزءًا من نهج أوسع نطاقًا لهندسة الصحة والأداء. تساعد المحاكاة علىتحسين بيئات العمل مع ضمان سلامة المشغلين من خلال تحديد عوامل التحسين واقتراح حلول بسيطة وتقييم فعاليتها.

بالنسبة للمؤسسات العلمية والصناعية والمستشفيات، أصبحت أداة استراتيجية: الحد من الغبار عند المصدر، والتحكم في التدفقات، وتصميم مساحات آمنة تتكيف مع متطلبات المستقبل.

خبرة شركة EOLIOS Ingénierie في تحسين جودة الهواء وسلامة المشغلين في البيئات المختبرية

وتوضح الدراسة التي أجرتها EOLIOS في مختبر الجيولوجيا القيمة المضافة لمحاكاة CFD في التحكم في البيئات الحساسة. من خلال جعل الظواهر غير المرئية مرئية، تمكن الفريق من إظهار التأثير الحقيقي لحلول الالتقاط وتوجيه الخيارات التقنية نحو أنظمة فعالة وعملية في آن واحد.
يؤكد هذا النهج، في مفترق الطرق بين البحث العلميوالهندسة التطبيقية، قدرة EOLIOS على دعم شركائها في إيجاد حلول مصممة خصيصًا للتوفيق بين السلامة وكفاءة الطاقة والامتثال التنظيمي.
بفضل هذه الدراسة، يستفيد المختبر الآن من التحكم الأمثل في الغبار، مما يضمن بيئة عمل أكثر صحة واستدامة لمشغليه.

اكتشف المزيد حول هذا الموضوع:

ملخص الدراسة

ملخص الدراسة

تحققت دراسة CFD التي أجرتها EOLIOS من صحة أداء خزانة الأدخنة الحالية وأنظمة الاستخراج في المختبر، مع مقارنة تكوينات الالتقاط المختلفة – من عدم وجود أذرع متحركة إلى إضافة حماية أمامية على محطات العمل. وسلطت النتائج الضوء على المناطق المعرضة لخطر إعادة الدوران والتراكم، وأظهرت أهمية تحديد المواقع الدقيقة لأنظمة الاستخراج لضمان الالتقاط الفعال عند المصدر.
وبناءً على هذه الملاحظات، تم اقتراح تحسينات ملموسة، خاصة فيما يتعلق بمعدلات التدفق وهندسة محطات العمل، مما يتيح خفضًا كبيرًا في تركيزات الغبار في مناطق التنفس. ونتيجة لهذه الدراسة، أصبح من الممكن إجراءتقييم موضوعي لأداء تدفق الهواء، وضمان سلامة بيئة العمل على المدى الطويل وتعزيز الوقاية من المخاطر الصحية للمشغلين.

تعرف على المشاريع المختبرية الأخرى

دراسة تشتت الغبار – مختبر الجيولوجيا

هندسة التكييف – مستودع المعدات الطبية

ايرو غرف الأبحاث

مختبر صيدلاني – غبار

معالجة المركبات العضوية المتطايرة لتحسين العملية

تأهيل خزائن الدخان – المختبر

دراسة غرفة نظيفة