某电焊车间电焊烟尘扩散数值模拟及综合控制措施研究

发布时间：2020-07-19 00:50

【摘要】：电焊是现代工业生产中一项重要的加工技术,被广泛应用于几乎所有制造业行业。虽然电焊的使用范围随着经济发展不断扩大,但部分企业存在电焊技术落后,电焊作业机械化、自动化程度不高,手工焊和半自动焊等具有严重职业危害的电焊作业占电焊作业总量的比重高等情况。电焊烟尘是存在于焊接作业中的最常见的职业性危害因素。电焊烟尘会在焊接作业引发的热气流和组织气流相互作用下长时间悬浮在作业空间的上层并难以消散。电焊烟尘被人体吸入后便无法排出,导致的肺部细胞纤维化病变无法根治或逆转,所以长时间从事电焊作业的劳动者极易罹患电焊工尘肺。为了加强对电焊作业空间内电焊烟尘的控制,尽可能减少劳动者与电焊烟尘的接触,预防从业人员患职业病,很有必要开展针对电焊烟尘扩散规律的研究。在研究中主要根据北京市门头沟区某制造业企业电焊车间的实际状况,应用GAMBIT软件建立与现场实际相符合的几何分析模型;在网格划分阶段选择非结构化网格的划分方法对几何模型内空间进行划分;使用FLUENT软件建立以流体力学为基础的守恒方程组;选用Realizable k-E模型并采用SIMPLEC压力速度耦合的方式对电焊烟尘的扩散过程及空间中的电焊烟尘浓度分布进行数值模拟研究。通过对比认定数值模拟结果与实地检测数据一致,验证了数值模拟的有效性,也证明了所建立模型和边界参数的合理性。对数值模拟的结果进行分析,可以发现电焊烟尘在不同工况条件下扩散形势的变化,分析尘源间距、风速大小、通风范围、通风手段对电焊烟尘扩散产生的影响。将企业管理的问题与现有通风系统的问题相结合,应用职业卫生理论和管理学理论,从厂房空间设置、岗位布局、人员配备、通风技术、员工管理等方面对企业的电焊作业提出综合控制对策,确定适合实际情况的通风方式。
【学位授予单位】：首都经济贸易大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R134
【图文】：

研究流程图

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图 3.1 Fluent 数值模拟流程图3.3.2 Fluent 在本研究中的应用优势目前，常用的 CFD 软件主要有 Fluent、Comsol、Star-cd 三种，对三种软件在压缩流体、音速情况、六自由度、多孔介质、多相流、燃烧和化学反应等问题上的应用效果进行比较，发现 Fluent 软件的优势主要体现在以下方面：（1）Fluent 软件可以对边界运动问题进行求解。只需要在使用过程中对壁面条件进行设置，内置求解器可以自行进行具体的运算工作。（2）Fluent 软件包含非耦合隐式算法、耦合隐式算法和耦合显示算法三种数值解法，可以对不同的特殊情况进行求解。（3）Fluent 软件内部包含大量成熟的物理模型，可以对湍流、传热、颗粒运动和化学反应等复杂流动现象求解。（4）Fluent 软件具有较强的网格包容能力，可以划分混合网格、滑移网格和变形网格，可以处理复杂的物理现象，具有较强的网格自适应能力和动态自适应能力。

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本次研究围绕北京市门头沟区某制造业企业的焊接车间展开，通过实地测量和现场观察，确定了电焊作业厂房的结构布局。该厂房为门式钢架结构，厂房长60m，宽 18m，南北侧墙高 8m，对称双坡式屋顶最高处 9m。南侧墙壁开有两扇尺寸为 4m×5m 的滑动铁门，两侧门边距墙面远边 19m，两门之间距离为 14m。南北侧墙壁对称开窗，南侧墙壁 8 扇，北侧墙壁 10 扇，窗户下边缘高度为 2m，窗户有效开口面积为 1.2m×1.2m，相邻窗户间距 4.8m。南北侧墙壁安装有重庆风学电机有限公司生产的 800MM 工业排风扇，南侧墙壁安装 3 台，北侧墙壁安装 6 台，排风扇直径为 0.8m，下边缘高度为 5.6m。通过对工作人员的询问和实地测量，确定了该企业厂房电焊作业的具体情况。该厂房建筑面积 1080m2，电焊工作区域位于厂房东北部，主要作业任务是焊接路灯钢管结构，物料的移动使用桥式起重机，厂房东南部为喷漆工作区域，厂房西南部为物料堆放区域，厂房西北部为切削作业区域。电焊作业区域布置有 6 个固定焊点，最多容纳 6 名工人同时进行焊接作业，焊点距北侧墙壁 3m，焊点之间距离为 3m，首末焊点距东西两侧墙壁距离为 15m、30m。焊接作业具体情况如下图 4.1：

【参考文献】