工业生产在中国国民经济发展中起着关键作用，而高排放的工业车间（如钢铁厂）不仅能耗高，而且污染物排放严重[1]。为了在生产过程中保持良好的空气质量，通常会使用机械通风系统，但这些系统往往能耗巨大。据统计，基于混合或置换原理的传统机械通风系统占此类设施总能耗的相当大比例[2]。在某些工业环境中，传统机械通风系统在控制靠近墙壁或局部污染源方面效果较差，在高气流速率下仍可能无法满足职业卫生标准，从而引发呼吸系统危害和其他健康风险[3,4]。因此，开发高效低能耗的通风和污染物控制系统对于保障工业工作场所的健康和促进可持续经济发展具有重要意义[5]。
为应对上述挑战，针对高污染工业建筑提出了多种优化通风策略，包括喷雾局部排气通风控制[1]、涡流通风[6]和平行流通风[7,8]。在这些通风系统中，通过旋流提高通风效率已成为一种特别有效且可靠的方法。受自然界龙卷风结构的启发，这类系统利用柱状旋流产生的负压核心实现精确高效的污染物捕获，近年来受到了越来越多的研究关注[9],[10],[11],[12]。这些通风系统通过将供应气流导向地面，使其与周围空气和携带的污染物相互作用，形成连贯的柱状旋流。这种类似小规模龙卷风的柱状旋流具有强大的吸力，并且控制范围广，非常适合针对性通风应用。数值和实验研究证实，由角动量供应喷射流和战略性布置的排气口产生的柱状旋流可以显著提高通风效率（VE）并减少污染物的平均停留时间（MRT）[13]。例如，曹等人（2020年）[6]的研究表明，位于涡流核心区域的污染源去除效率明显高于位于涡流外部的污染源，在涡流外部泄漏和通风效率低仍是关键问题。除了污染物捕获性能外，近期研究还探讨了涡流形成和稳定的机制。张等人（2025年）[14]指出，供应喷射流之间的冲击效应在涡流形成的三个阶段（启动、振荡和稳定）中起着决定性作用。研究进一步表明，几何参数对涡流稳定性和负压区的生成有显著影响。这些发现为设计基于涡流的通风系统提供了宝贵的指导。
另一项研究方向强调了涡流通风在高污染工业环境中的节能潜力。例如，基于隔板的旋流通风系统被开发出来，不仅可以提高污染物去除效率，还能比传统的混合或置换系统更有效地利用能源[15]。这些发现进一步证明了涡流通风作为既注重性能又节能的工业车间解决方案的实际潜力。
尽管取得了这些进展，但目前涡流通风系统的应用仍受到一些限制。当污染源位于涡流核心区域之外时，会遇到关键挑战[16,17]。非中心污染源指的是位于墙壁、角落或其他工业工作空间周边区域的排放点，而不是沿着中央的供应或排气路径。在实际工业环境中，这种情况很常见，包括靠近墙壁的化学工艺站、局部焊接或切割操作以及位于生产楼层边缘的机械设备。在这种情况下，污染物容易逸出到周围的工作空间，大大降低系统的有效性，如图1所示。为了解决这个问题，一种可能的解决方案是在靠近墙壁的污染源周围安装多个局部辅助旋流风扇，从而将它们重新定位到涡流中心附近[18]。虽然这种方法可以减少泄漏，但它增加了系统的复杂性和空间需求，并导致额外的能耗。这些因素常常与实际工业限制（如生产布局和能源效率目标）相冲突。
在开发能够有效捕获来自非中心或靠近墙壁的污染源的旋流通风系统方面，仍存在明显的研究空白。解决这一空白对于保持污染物控制的稳健性、简化系统结构、最小化能耗以及避免工作流程中断至关重要。因此，成功实现这一目标对于推进大规模高排放工业工厂的可持续通风策略至关重要。
现有研究表明，稳定的柱状旋流通常是由角动量喷射流与上方排气诱导的上升流相互作用产生的。在传统配置下，只有当排气直接位于污染源正上方时才能实现这种诱导机制，因此不适合靠近墙壁的排放。为了扩大基于涡流的通风的适用范围，本研究探讨了如何在靠近墙壁的污染源上方形成稳定的旋流。借鉴钝体尾流涡动力学[19]和壁附喷射通风原理[20]，我们提出了一种配置方式，即通过狭窄的侧壁入口引导高动量供应喷射流。通过设置挡流板和有意偏移的钝体，在窄侧喷射流附近形成涡流区域。该区域随后与上方排气相互作用，在矩形圆柱下游产生柱状尾流涡，使污染物被捕获并移除。
基于这一概念，我们提出并评估了一种专门针对靠近墙壁污染源的局部旋流（LSF）通风系统。首先通过实验测量验证了数值建模方法的有效性，然后通过三维模拟验证了LSF通风系统捕获靠近墙壁排放物的能力。接下来通过正交实验设计确定了关键几何参数及其对系统性能的综合影响，随后分析了钝体宽高比和气流速率对有效捕获面积（Aeff）的影响。总体而言，这些结果为改进工业环境中基于涡流的通风技术的性能和可扩展性提供了理论指导和实际设计思路。
