热喷涂车间微纳米粉尘迁移规律及其控制方法研究

发布时间：2020-09-15 19:05

　　热喷涂技术,是目前表面工程重要应用技术之一,被广泛应用于航空航天、冶金、国防、石油化工、机械制造等领域。但热喷涂工艺过程中不可避免地会产生大量的粉尘,尤其是微纳米粉尘,不仅严重危害作业人员的健康,还会引起生态环境问题。因此,研究热喷涂车间微纳米粉尘的扩散过程,分析环境因素对车间粉尘浓度分布的影响规律,对实现微纳米粉尘控制,减少其危害具有重要意义。本文首先分析了热喷涂工艺过程中微纳米粉尘的产生机理。为获取车间内微纳米粉尘的运动规律,基于相似原理,以实际热喷涂车间为原型,结合气固两相流理论,自主设计并搭建了热喷涂车间相似模型,对不同通风方式和通风流量下热喷涂微纳米粉尘颗粒的扩散过程进行实验研究。结果表明:机械通风对于降低热喷涂车间微纳米粉尘浓度具有明显效果;单位时间通风流量越大,车间呼吸层微纳米粉尘颗粒浓度越低,清除时间越短;通风流量相同条件下,采用车间底部和侧面组合通风方式较单一侧面强力通风,更有利于实现微纳米粉尘的排除和沉降。其次,基于热喷涂微纳米粉尘的特性,分析了粉尘颗粒所受作用力并建立了粉尘颗粒的运动方程。然后建立实际热喷涂车间的几何模型,基于计算流体力学和气固两相流理论基础,采用流体仿真软件Fluent对车间流场、温度场以及微纳米粉尘的扩散过程进行数值模拟。结果表明:企业通风参数条件下,车间流场分布不均匀,受右侧抽风的影响,高风速区域向右侧偏移;车间温度场自热源沿径向快速递减,呼吸层高温区域较小;车间呼吸层微纳米粉尘浓度近似呈两端对称分布,高浓度区域主要集中在尘源附近,且大致沿径向逐渐减小,受右侧抽风气流的诱导作用,右侧微纳米粉尘浓度明显高于左侧。通过将模拟结果与实验数据对分析,两者基本吻合。最后,概述了粉尘后处理方法,总结出含尘气流净化处理装置选择的一般方法和步骤,并结合企业案例分析如何结合实际情况设计选择出适合的除尘器。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG17
【部分图文】：

示意图,电弧喷涂,工作原理,示意图

图 1. 1 电弧喷涂工作原理示意图Fig 1.1 Schematic diagram of arc spraying principle与此同时热喷涂生产过程中不可避免地会产生一些有害因素，如粉尘射、有毒有害气体、火灾及爆炸等[6]。这些有害因素不仅会影响产品设备的正常运转，还会对人体健康和周边生态环境造成不良影响。其度高、成分复杂、接触时间和周期长，潜在危害最大。

电弧喷涂,粉尘,有害因素,有毒有害气体

Fig 1.1 Schematic diagram of arc spraying principle此同时热喷涂生产过程中不可避免地会产生一些有害因素，如粉、有毒有害气体、火灾及爆炸等[6]。这些有害因素不仅会影响产备的正常运转，还会对人体健康和周边生态环境造成不良影响。高、成分复杂、接触时间和周期长，潜在危害最大。

沉积率,粉尘,不同部位,粒径

图 1. 4 不同粒径粉尘在不同部位的沉积率[18]Fig 1.4 Deposition rate of different particles in different parts涂工艺过程中产生的粉尘粒径范围一般在 0~2mm 之间[8]。粒径大受重力影响较大，会很快发生沉降，且在人体鼻毛等阻碍作用下；而粒径小于 2.5μm 细粉尘颗粒很难自然沉降，且多悬浮于车，能够直接进入从业人员呼吸道内部，对人体呼吸系统等造成损血管病等呼吸系统疾病的概率。，热喷涂材料大多数为金属或合金材料，某些应用场合为制备具，还会在喷涂材料中添加一些有毒金属，如铬、锰、钼等[19]。因具有粉尘共有的危害性外，热喷涂粉尘本身对人体还具有比一性，尤其是粒径小于 2.5μm 热喷涂微纳米粉尘。）影响生产。粉尘会加速机械磨损，降低设备的加工精度，影响产能引发安全问题，金属颗粒进入电器设备，会导致短路，轻则影，降低产品的加工质量，缩短其使用寿命，严重甚至引发安全事

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