电焊烟尘扩散及区-场耦合控制技术

摘要

随着工业的快速发展，环境日益受到人们的重视，环保观念深入人心，而工业中产生的污染物，对环境和人类危害较大，尤其是微颗粒粉尘，容易进入呼吸道，对人体造成伤害。在金属冶炼、铸造等重工业行业，焊接技术广泛使用，而在焊接过程中产生的大量烟尘，粒径基本在1μm以下，产尘浓度普遍大于国家规定的职业接触限值4mg/m3，超出了人体可忍受阈值，导致室内污染严重，且焊接工位变动，管道布置困难，因此应加强焊接烟尘的扩散与收集控制研究。 本文在分析国内外烟尘扩散特性与排风罩研究现状的基础上，针对风机噪声大，收集管道布置难，焊接工位变化等特点，采用数值模拟方法模拟焊接烟尘的扩散,并对气幕式排风罩的送风速度、喷口角度、喷口宽度、有效吸程、吸口速度等相关参数进行多因素模拟，制作实验模型，校验模拟结果。 （1）建立了焊接烟尘扩散物理模型，运用数值模拟方法研究了焊接过程中运用J422焊条焊接时烟尘的扩散特性。结果表明：无论从横向还是纵向上看，烟尘的扩散都是一个先增大后趋于稳定的过程，且烟尘上升的速度一般是先增大，后减小再趋于稳定，在10-20s时，烟尘上升的平均速度为0.05m/s，在30-60s时，烟尘的平均上升速度为0.025m/s；烟尘的浓度在模拟时间为10-50s时，不断上升，而在50-60s时，烟尘的浓度逐渐减少；未加颗粒时，气流的扩散高度最高上升至2m；加颗粒时，气流的扩散高度最高上升至1.75m。 （2）建立了气幕式排风罩的物理模型，采用数值模拟的方法研究了有效吸程、喷口角度以及喷口宽度对排风罩捕集效率的影响。结果表明：在同一角度时，随着喷口宽度的增加，卷吸的速度也逐渐增加；在同一喷口宽度时，随着喷口角度的增加，旋涡逐渐向罩口外缘延伸，新鲜空气射流形成的屏蔽区域逐渐增大；且模拟得出有效吸程为1.5m，喷口角度为80°时，喷口宽度为14mm的气幕式排风罩为最佳气幕式排风罩参数。 （3）送风速度和吸口速度对气幕式排风罩捕集效率的影响。结果表明：当吸口风速一定时，送风速度增大，所形成的旋涡也就越大；在送风速度一定时，出口的速度较小，反而烟尘的捕集效率较高；模拟得出吸口风速为0.3m/s，送风速度为1.1m/s时，气幕式排风罩的捕集效率达到最高。 （4）在模拟结果的基础上，制作气幕式排风罩实验模型，并利用气幕式排风罩进行实验。结果表明：实验结果与模拟结果基本相似，误差在10%以内，因此该模拟结果正确。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 气幕式排风罩简介

1.3 国内外研究发展动态

1.4 本文研究的目的和意义

1.5 研究内容

1.6 技术路线

第二章 电焊烟尘扩散模拟

2.1流体力学方法（CFD）的概述

2.2 气固两相流

2.3分区扩散模型的建立

2.4 焊接烟尘扩散的模拟结果及分析

2.5本章小结

第三章 气幕式排风罩的区-场数值模拟研究

3.1数值模拟及优化方法

3.2喷口角度、喷口宽度以及有效吸程对烟尘捕集效果分析

3.3吸口风速对电焊烟尘烟尘捕集效果分析

3.4送风速度对电焊烟尘捕集效果分析

3.5最佳尺寸的气幕式排风罩的流场分析

3.6本章小结

第四章 气幕式排风罩模型制作与实验分析

4.1 现场实验

4.2 实验内容及测量方法

4.3 气幕式排风罩的吸口风速测量

4.4 气幕式排风罩的送风速度测量

4.5 气幕式排风罩的临界射流速度测量

4.6 气幕式排风罩的有效吸程测量

4.7本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间的研究成果