冲击流条件下粉尘扩散特性及控制策略的研究

摘要

为响应“十三五”规划中推进传统制造业绿色改造，鼓励企业工艺技术装备更新改造的绿色理念，我国铸造业车间的砂尘污染成为研究的必要。
　　本文首先通过实地测试并分析造型车间内粉尘扩散现象及其影响因素，再利用计算流体动力学(CFD)软件建立二维及三维卸砂模型，探讨多粒径砂粒的质量流率、下落初速度、下落高度及卸砂口口径的变化对细小粉尘运动的影响，得知在工程中使用的多粒径砂粒同时下落时会对可吸入颗粒产生一向下的拖曳作用力，使得细小颗粒主要表现为下沉和扬尘扩散运动，而单一粒径可吸入颗粒群的扩散呈现逐渐上升并向外扩张的“烟羽”现象，两者有着较大的区别。实际工程中粉尘运动都会受到阻碍，如干扰气流，使得扩散规律不一，为此，本文探究多粒径砂粒群在横向气流干扰下的运动情况，结果显示不同的气流形式使得砂粒群中不同大小的颗粒出现分层运动现象，其中可吸入颗粒扩散至最外层，其受到气流的影响最大，这给控尘系统如何应对移动尘源的污染问题提供了理论数据。然后，本文根据粉尘运动规律针对可吸入颗粒的控制问题提出了三种控制气流形式，并对它们的控制效果作了模拟对比，综合考虑排风系统的气流控制、设备安装及效益等因素，采用下吸式气流控尘较好。最后模拟分析了污染源高度、排风口大小、污染源散发速度三种因素对下吸式气流捕集粉尘效率的影响。

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1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 气固两相流国内外研究进展

1.3 主要存在的问题

1.4 实测对象分析及研究方法确定

1.5 本文主要研究内容

1.6 本课题创新点

2 气固两相流理论及分析

2.1 颗粒基本概念

2.2 颗粒的运动模拟

2.3 连续相数值模拟

2.4 气固两相耦合

2.5 小结

3 无干扰条件下可吸入颗粒分布的数值模拟

3.1 数学方法

3.2 模型建立及边界设定

3.3 二维模型验证

3.4 结果分析

3.5 单一粒径的可吸入颗粒扩散

3.6 小结

4 横向气流作用下可吸入颗粒分布数值模拟

4.1 横向均匀干扰气流对可吸入颗粒分布的影响

4.2 横向周期性干扰气流对可吸入颗粒分布的影响

4.3 速度递增的气流对可吸入颗粒分布的影响

4.4 速度递减的气流对可吸入颗粒分布的影响

4.6 小结

5 树脂砂卸砂工艺控尘策略分析

5.1 控尘气流的形式及计算

5.2 数值模拟结果

5.3 下吸式气流控尘效果影响因素分析

5.4 小结

结论与展望

致谢

参考文献

附录1 横向干扰气流速度入口UDF程序例举

附录2 三维颗粒数量提取及比例计算UDF程序例举

攻读学位期间发表的与学位论文内容相关的学术论文及研究成果