微纳磨床实验室高精度恒温空调设计及气流组织的节能性分析

发布时间：2017-10-21 18:08

  本文关键词：微纳磨床实验室高精度恒温空调设计及气流组织的节能性分析

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【摘要】：中国政府在“十三五规划”中指出工业结构升级的主攻方向是智能制造、数控机床等工业;并且同时指出低碳经济将成为十三五规划的重点方向之一。精密机械制造业对于空气环境的严格要求,使得高精度环境空调变得举足轻重。本课题所研究微纳磨床实验室是现代机械加工车间和大型精密加工实验室的一个缩影,课题来源于东华大学“863”项目,该项目旨在对航天零件微纳米级机械加工技术进行研究,由于实验室自身条件及设备容量限制,普通恒温恒湿机组达不到要求。本文在恒温空调系统设计中考虑到空间限制的问题及加工区温度控制精度问题,实现一套空调机组服务于两级净化房间,并能保证各自温湿度等条件符合要求。在模拟方面,摒弃传统速度入口设置方式,采用多孔阶跃模型对多孔板送风口进行定义,使得室内气流组织模拟更具可靠性。在模拟分析方面,从保证零件加工区温度和速度的稳定性与均匀性出发,对该实验室内环境温度场、速度场进行了数值模拟分析,并针对气流组织形式和送风量进行了相应的节能可行性分析,该方法若推广于大型加工车间或实验室,将会产生很大的节能效果。本研究对加工区的温度控制精度要求高,设计送风方式一般采用全面送风的送风方式,但全面送风方式应用在房间面积较大的加工车间时,有送风量大、能耗高、初投资高的缺点,尤其是当室内热源过于集中时,会造成部分冷量浪费现象。本课题通过对全面送风及局部送风方式的气流组织进行模拟对比分析,认为采用局部送风的方式同样可使室内工作区温度均匀性达到控制要求;通过对局部送风方式气流组织的优化后模拟分析得出,在满足温度场和速度场均匀性前提下使用局部送风方式可以减小送风量以达到节能的目的,且风量最多可减少30%,此时机组总制冷量可减少37.9%,再热量可节约33.3%。此外,为确认零件不同高度和围护结构对温度和速度场是否有影响和消除不利影响,进行了进一步的模拟分析,保证了在该机床工作区上下加工极限位置平面的温度均匀性均满足加工要求;围护结构温度升高在5℃范围以内可以保证磨床加工区温度不受影响。本研究通过对机械加工实验室内气流组织的优化,及对加工平面内的温度、速度均匀性进行的分析,可以为进一步提高机械加工的加工精度提供参考。
【关键词】：高精度恒温空调 温度均匀性 气流组织 节能
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH184
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 国内外研究现状、发展动态11-16
• 1.2.1 恒温空调系统发展与研究现状11-13
• 1.2.2 恒温空调环境气流组织优化研究现状13-14
• 1.2.3 CFD模拟中风口简化方法的国内外研究进展14-16
• 1.3 研究内容、方法及意义16-18
• 1.3.1 主要工作内容及研究方法16-17
• 1.3.2 研究的意义17-18
• 第二章 微纳米磨床实验室空调系统的设计18-35
• 2.1 实验室建筑概况及设计要求18-20
• 2.1.1 实验室建筑概况18-19
• 2.1.2 室内外设计参数要求19-20
• 2.2 实验室冷负荷的分析计算20-22
• 2.2.1 微纳米磨床机罩内环境温度扰量的分析及负荷计算20-21
• 2.2.2 室内发热源热量分析21-22
• 2.2.3 微纳米磨床机罩外环境的负荷计算22
• 2.3 风量及送风温差的确定22-23
• 2.3.1 微纳米磨床实验室内环境风量及送风温差的确定22-23
• 2.3.2 微纳米磨床实验室外环境风量及送风温差的确定23
• 2.4 微纳米磨床内环境孔板送风设计计算23-25
• 2.5 实验室空调系统设计平面图及设备选型25-30
• 2.6 实验室空调系统的验收30-34
• 2.6.1 实验室的工程验收标准31-32
• 2.6.2 实验室验收项目的检验方法及结果32-34
• 2.7 本章小结34-35
• 第三章 研究的理论基础35-43
• 3.1 CFD数值模拟的理论基础35-39
• 3.1.1 数值模拟的基本控制方程35-36
• 3.1.2 湍流模型36-38
• 3.1.3 控制方程离散方法38-39
• 3.1.4 求解方法39
• 3.2 边界条件中孔板风口多孔介质模型简化方法39-42
• 3.2.1 基于表现速度的多孔介质动量方程39-40
• 3.2.2 多孔介质中能量方程及湍流的处理40-41
• 3.2.3 阻力系数及表面渗透系数的求解方法41-42
• 3.3 本章小结42-43
• 第四章 实验室模型的建立及模拟验证43-54
• 4.1 室内气流流型的选择方案43-44
• 4.2 微纳米磨床实验室模型建立与网格划分44-49
• 4.2.1 微纳米磨床实验室内环境物理条件简述44
• 4.2.2 物理模型的建立及网格划分44-48
• 4.2.3 实验室模型边界条件的确定48-49
• 4.2.4 湍流计算模型的选择49
• 4.2.5 求解控制参数的设定49
• 4.3 模型的实验验证49-53
• 4.3.1 实验仪器50-51
• 4.3.2 测点的布置51
• 4.3.3 实验结果与模拟结果的对比51-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第五章 实验室内环境不同气流组织形式的对比分析54-66
• 5.1 室内两种气流流型的方案设置54
• 5.2 两种形式下的温度场对比分析54-60
• 5.3 两种形式下的速度场对比分析60-65
• 5.4 本章小结65-66
• 第六章 基于气流组织和送风量的节能可行性分析66-87
• 6.1 洁净室送风量及气流组织的节能分析66-67
• 6.2 局部送风位置对室内气流组织均匀性的影响研究67-79
• 6.3 不同风量对工作区温度均匀性的影响研究79-81
• 6.4 局部送风的节能性分析81-82
• 6.5 不同零件高度对应的工作区温度均匀性情况研究82-83
• 6.6 围护结构传热对工作区温度变化的影响研究83-85
• 6.7 本章小结85-87
• 第七章 结论与展望87-89
• 7.1 结论87-88
• 7.2 展望88-89
• 参考文献89-93
• 攻读硕士学位期间主要的学术成果93-94
• 致谢94

【参考文献】

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本文编号：1074629