整体厂房冬季工况下置换通风气流组织的研究

摘要

随着机械制造业的大力发展,焊接工艺技术得到了推广。焊接过程中,会产生大量的热和污染物。由于热源和污染源同时存在,使得置换通风系统特别适合于高大整体厂房。厂房的置换通风系统通常将送风安装在离地面一定高度,夏季利用冷气流的下沉趋势以新鲜空气置换工作区污浊空气,并热污染源上升,形成置换通风,因此,置换通风方式是基于夏季工况发展起来的一种通风方式,而在冬季工况下的气流组织有如下特点:送风温度高于室内温度,在热浮升力的作用下,送风气流有向上扬的趋势,不利于下沉到工作区并形成置换通风气流组织;另一方面,送风量在厂房置换通风设计中也十分重要,对于大空间厂房,如果采用大风量高风速的送风方式,既造成能源的浪费,也不利于置换通风气流组织的形成;而采用小风量低风速的送风方式,导致污染物不能及时排除,威胁工人的身体健康。因此,为提高厂房内的空气品质,并为工业厂房降低能源消耗寻求理论依据,对冬季工况下置换通风气流组织的研究具有重要意义。　　为了研究冬季工况下置换通风系统能否形成置换通风气流组织,及气流组织分布的影响因素,本文采用计算流体力学方法对整体厂房置换通风系统进行了数值模拟分析。研究内容包括基于冬季工况下送风角度的设置、送风量的合理选择、挡烟隔板对气流组织的影响。首先,通过对出流面与水平面夹角(简称送风角度)成0°、15°、30°、45°、60°、75°时,室内气流组织和空气龄分布情况,得出送风角度为0°时,冬季工况下不能形成置换通风气流组织;送风角度向下时,能在冬季工况下形成置换通风气流组织,并且当送风角度为45°时,室内气流的通风效率值为模拟工况中的最优值;其次,对送风量为0.1Q~Q(Q为按照稀释通风计算的送风量)十种工况下厂房内流场进行了模拟计算,并研究了随着送风量增加厂房通风效率的变化,发现送风量超过0.3Q后,通风效率随着送风量的增加而增加的比率急剧减小,故从保障通风效率的角度来说,送风量无需过大,研究得到了置换通风系统采用稀释通风送风量的60％为保证呼吸区的空气品质的最小送风量。最后,对置换通风厂房内是否设置挡烟隔板工况进行了模拟,通过对比设置挡烟隔板和未设置挡烟隔板,厂房内的气流组织和空气龄的分布情况。发现设置挡烟隔板后,厂房内的通风效率降低,增加系统的能耗,但有利于呼吸区空气品质的提高。　　在模拟置换通风系统的原型焊接厂房内进行了验证试验,测试了厂房内的温度、风速等数据,并与数值模结果进行了对比,发现模拟结果与实验结果趋于一致,表明采用计算流体力学方法研究整体置换通风厂房内气流组织分布情况是可行的。本文的研究结果可用于指导工程设计。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3本文的研究方法

1.4本文的研究内容

1.5本章小结

第二章 室内气流组织的预测及评价

2.1湍流研究方法

2.2厂房内空气品质的评价方法

2.3本章小结

第三章 冬季工况置换通风气流组织的形成及分析

3.1 物理模型及边界条件

3.2 送风角度对气流组织分布的影响

3.3送风量的合理选择

3.4挡烟隔板对气流组织分布的影响

3.5本章小结

第四章 置换通风系统气流组织实验

4.1 工程实例概况

4.2 实验验证

4.3 本章小结

第五章 结论及展望

5.1结论

5.2 展望

参考文献

攻读学位期间主要研究成果

致谢