铸造打磨工位的岗位通风与空气幕隔尘的气流组织研究

发布时间：2020-09-16 12:29

　　 2007年,新版国家职业卫生标准《工业场所有害因素职业接触限值》开始实施,其中规定:对于含10%~50%游离态二氧化硅的粉尘,其时间加权平均容许浓度为1mg/m3,短时间接触容许浓度为2mg/m3。2017年,《铸造行业大气污染物排放限值》开始实施,其中规定:针对工业区铸造设备产生的粉尘的排放限值为15mg/m3,任何1h无组织大气污染平均浓度排放限值为5mg/m3。2018年,《中华人民共和国环境保护税法》开始实施,其中规定:直接向大气环境中排放粉尘的企业事业单位,将按每4千克污染当量值缴纳1.2元至12元的税额。这一系列新标准及税法的实施说明目前我国环境污染问题较为严重,证明了政府对改善环境刻不容缓的坚定决心。工业铸造车间打磨工位的除尘隔尘一直以来都是改善车间内部空气环境和工人工作环境的重点。目前国内大部分车间对打磨工位采取的除尘隔尘措施基本都是采用打磨室加个体防护的形式,然而这样对于改善车间内部空气环境和工人工作环境的效果有限。本文在打磨室的基础上加装空气幕,利用CFD技术对其进行物理模型建模,在验证模型计算结果的正确性后,通过数值计算结合理论计算的方法,分析不同工况下打磨室内工人的岗位通风情况和空气幕对粉尘的隔尘效果。不同工况包括不同排风量和不同排风罩口尺寸。以某砂铸造车间为例,结合该车间打磨工位实际情况和相关设计规范,将排风量选定为8000m3/h、10000m3/h和12000m3/h三档,排风罩口选取尺寸为0.6m×0.6m、0.9m×0.9m、1.2m×1.2m和1.5m×1.5m四种型号的方形排风罩口。打磨室尺寸为长4.5m×宽3.6m×高3.6m,计划在打磨室开口面顶部设置空气幕,相对的另一面设置外连除尘器风机的排风罩。通过对模拟结果进行分析比较得出结论:不同排风量对于打磨室内的空气速度场和粉尘浓度场均有较大影响,而不同排风罩口尺寸仅对粉尘浓度场有影响,对空气速度场的影响可忽略不计。通过对比筛选出最佳工况为排风量10000m3/h、排风罩口尺寸0.9m×0.9m。将打磨时粉尘的产尘形式分为两种,则在最佳工况下,空气幕对于第二种尘的隔尘效率接近100%,对于第一种尘的隔尘效率达到61.5%。为了进一步提高隔尘效率,在经过理论计算后,可在打磨室门口底部加装高度为1m的挡板,挡板不会影响空气幕对打磨室内气流组织的作用。
【学位单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X962;TG28
【部分图文】：

粉尘,打磨工,铸件,砂轮

图 1-1.老厂房打磨工位磨操作时，砂轮打磨铸件时产生粉尘的形式主要有两种，切线方向以一个较高的初速度做平抛运动的粉尘，简称“轮与铸件接触处产生的类似烟雾状的粉尘，简称“第二种，在打磨过程中，与铸件接触处的温度会短暂升高，从而升扩散。现场实际打磨操作情况较为复杂，虽然打磨操作但通常操作工人会根据铸件所需的打磨部位不同而不断调算，在进行粉尘浓度场模拟的时候，将打磨台的整个工作产尘形式即为第二种。而对于第一种尘，讨论其最不利情磨室开口方向，产生的粉尘从打磨台边缘出发，沿砂轮转高的初速度朝向打磨室开口方向做平抛运动。操作时粉尘的平抛运动分析

空气幕,送风形式

(a) (b) (c) (d)图 2-1.不同送风形式的空气幕（(a)上送式、(b)下送式、(c)双侧式、(d)单侧式）结合打磨室实际情况，选用上送式空气幕。在卫生环境要求较高的场合，为了得到较好的气流组织，一般还会设置回风口，打磨室的排风罩口即作为上送式空气幕的回风口。在工业铸造车间加装空气幕时，必须注意送风气流不会造成二次扬尘污染，则空气幕的送风风速应以理论计算为依据，结合打磨室的实际情况确定。2.3.1 二次扬尘风速限值计算假定打磨室内温度变化可忽略不计，由于空气幕的送风气流可能造成二次扬尘污染，因此要确保到达地面时的风速小于打磨室产生的粉尘对应的二次扬尘风速，以此来避免产生二次扬尘污染。有研究表明，扬尘风速与粉尘粒径的平方根成正比[28]，如表 2-1 所示。

模拟方法,结果对比,迭代,涡粘性

（a）Standard k-ε 模拟结果（b）RNG k-ε 模拟结果图 3-1.两种模拟方法的迭代结果对比从上图可得，对本文研究对象来说，两种模拟方法均呈现出了较好的收敛性，但 RNG k-ε 模拟方法在迭代 400 步以后收敛性要差于 Standard k-ε 模拟方法，尤其是 fenchen 项（即粉尘项）的收敛性明显变差，所以决定采用 Standard k-ε 的方程模式来模拟结果。Standard k-ε 为积分到壁面的不可压缩/可压缩湍流的两方程涡粘性模式，其涡粘性定义为湍动能 k 和湍流耗散率 ε 的函数，表达式[64]如下： = 2 （3-8）式中代表涡粘性，代表一个输运常数（一般取 0.09），代表流体密度，代表近壁面衰减函数， = exp3.4（1 0.02 ）2。

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