密集焊接作业电焊烟尘扩散特性与控制数值模拟

发布时间：2017-08-21 21:34

  本文关键词：密集焊接作业电焊烟尘扩散特性与控制数值模拟

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【摘要】：密集焊接作业具有焊接工位多,焊接工件大,焊接烟尘量大,焊接烟尘粒径小,焊接工位的多变性,使得焊接烟尘捕捉困难等特点。但焊接是不可缺少的机械工艺,电焊烟尘是焊接作业中最常见的职业危害因素。电焊烟尘属于“高危粉尘”,这些粉尘产生后将长时间悬浮于空中难以消散,人体一旦吸入后便无法排出,长期在此环境下从事电焊操作者便非常容易患上尘肺类职业病。因此研究焊接烟尘扩散规律及其影响因素就显得十分必要,对预防和控制职业病的发生具有十分重要的意义。本文依据某密集焊接作业电焊烟尘扩散的实际情况,运用GAMBIT建立与现场实际相符的几何分析模型,选择非结构化网格划分方法进行网格划分,采用流体力学软件FLUENT以流体力学为基础建立守恒方程组,选择Realizable k-?模型,采用SIMPLEC压力速度耦合方式对电焊烟尘的扩散及浓度分布进行数值模拟研究。数值模拟结果与实验数据对比证明了所选模型和和边界参数的选择的合理性。模拟分析电焊烟尘的扩散得到了在无风条件下电焊烟尘的扩散规律和发尘源间距不同、自然风流大小不同以及排烟装置位置不同对电焊烟尘扩散的影响。研究结果表明:在无风条件下电焊烟尘的扩散在水平方向是向四周均匀的扩散的,垂直方向的扩散范围和浓度都大于其在水平方向的扩散;高度小于2m时浓度随着高度变化趋势较大,尤其是高度小于1m时,随着高度的增加浓度急剧下降,高度高于2m时浓度变化趋势较小;发尘源间距的增大会使距发尘源相同位置处的电焊烟尘浓度降低,发尘源间距的增大会使车间底部的浓度降低大于车间顶部浓度的降低;风流可以使车间内电焊烟尘的浓度降低,靠近进风口一侧的烟尘浓度较低,远离进风口的一侧的烟尘浓度较高,风速大小的改变在横向截面Z=1m至Z=2.2m截面电焊烟尘浓度降低越多,在距发尘源较近的截面浓度降低的越多,距发尘源越远的截面浓度降低的越小;排烟装置距离发尘源越近,电焊烟尘到达排烟装置内的时间越短且电焊烟尘的运行速度越大,排烟装置放置的理想位置是距离发尘源侧边约30厘米处。本研究为电焊车间合理布焊接作业点与风流组织提供了一定价值的参考。也可为提出有效降低电焊烟尘浓度的合理措施提供参考依据。
【关键词】：密集焊接作业 电焊烟尘 扩散规律 影响因素 数值模拟
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG408
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 研究背景及意义9-11
• 1.2 电焊烟尘的研究概况11-16
• 1.2.1 电焊烟尘形成机理方面的研究11-12
• 1.2.2 电焊烟尘扩散模型及扩散过程的研究12-13
• 1.2.3 电焊烟尘扩散及其分布的实验与模拟的研究13-14
• 1.2.4 电焊烟尘的发尘量的影响因素的研究14-15
• 1.2.5 电焊烟尘治理的研究15-16
• 1.3 研究内容、技术路线16-18
• 1.3.1 研究内容16
• 1.3.2 研究方法和技术路线16-17
• 1.3.3 FLUENT工作流程图17-18
• 第二章 电焊烟尘的扩散及运动18-26
• 2.1 电焊烟尘的成分与性质18-19
• 2.2 电焊烟尘的形成机理19-20
• 2.3 电焊烟尘粒子的扩散20-23
• 2.4 电焊烟尘的受力运动分析23-24
• 2.4.1 作用在电焊烟尘粒子上的力23
• 2.4.2 粒子的重力沉降23
• 2.4.3 粒子在惯性力下的运动23-24
• 2.4.4 粒子扩散运动24
• 2.5 本章小结24-26
• 第三章 数值模型的建立26-38
• 3.1 计算流体动力学简介26
• 3.2 Fluent软件简介26-27
• 3.3 数学模型的理论依据27-33
• 3.3.1 流体控制方程27-29
• 3.3.2 湍流流动模拟29-31
• 3.3.3 电焊烟尘运动的数学模型31-33
• 3.4 数学模型的建立33-34
• 3.5 网格划分34-35
• 3.6 初始和边界条件35-37
• 3.7 本章小结37-38
• 第四章 单一电焊作业点的电焊烟尘扩散模拟及测定分析38-46
• 4.1 数值模拟的可行性38-41
• 4.1.1 现场实验38-40
• 4.1.2 模拟结果与实验结果对比40-41
• 4.2 电焊烟尘扩散的模拟结果及分析41-45
• 4.3 本章小结45-46
• 第五章 密集电焊作业点的电焊烟尘浓度扩散的影响因素分析46-67
• 5.1 发尘点源间距对电焊烟尘扩散的影响46-55
• 5.2 风流对电焊烟尘作业现场的影响55-62
• 5.3 排烟装置位置与电焊作业点间距对电焊烟尘的影响62-66
• 5.4 本章小结66-67
• 第六章 结论67-69
• 6.1 主要研究成果与结论67-68
• 6.2 存在的问题与展望68-69
• 参考 文献69-72
• 致谢72-73
• 攻读学位期间的研究成果73-74

【参考文献】

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本文编号：715257