摘要：随着机械加工工业的迅速进展，焊接工艺技术得到了广泛的运用。在焊接历程中会产生大量的颗粒污染物和气体污染物，如果不采取有效的治理措施，将会弥漫在整个车间内，导致工作条件较差，严重威胁工人的身体健康。置换通风方式以其在高大空间的节能、热舒适性及室内空气品质等方面的优越，近几年已经在整体厂房焊接烟尘治理中得到运用，但是相当缺乏详细的设计指导，往往由于设计不合理而导致能耗较大或达不到预期的通风除尘效果。随着计算机技术的快速进展，CFD策略成为探讨室内气流流动的重要策略。本论文采取CFD策略探讨基于焊接烟尘浓度制约的焊接厂房置换通风系统优化设计，探讨内容包括基于系统节能的送风量设计，送风末端安装高度设计，焊接工位的合理布置以及热源强度对烟尘浓度分布的影响。首先，通过比较置换通风送风量为Q、80%Q、60%Q和40%Q（Q为按照稀释通风计算的送风量）四种工况下厂房内的气流组织和烟尘浓度分布情况，发现在此范围内减少送风量不会影响气流流动走势和烟尘浓度的分层规律，但会使整个车间的流速相对减小，焊接烟尘浓度整体提升，通风效率有所降低。置换通风系统只需要混合通风系统按照稀释通风计算的送风量的60%即可满足焊接厂房工作区空气品质需求；其次，模拟了送风筒安装高度分别为1m、2m和3m三种工况，发现人员活动区域的焊接烟尘浓度随着送风筒安装高度的升高而增加，安装高度为1m的工况工作区的烟尘浓度最小，空气品质最高。以保证工作区空气品质的角度考虑，应该首选1m的送风筒安装高度；再次，通过对焊接工位与送风筒的水平距离分别为2m、3m和4m三种工况的数值模拟，发现在正常情况下，焊接工位与送风筒的水平距离基本不会影响车间内烟尘浓度分布规律，但距离为2m的工况烟尘浓度分层高度相对较高，应考虑优先选用；最后，通过模拟浅析不同热源强度对厂房内烟尘浓度分布的影响，得出在允许范围内，增加热源强度会使厂房的烟尘浓度降低，烟尘浓度分层高度上升，置换通风效果更好。在某置换通风焊接厂房进行了现场实验，分别在两种工况下测试了焊接烟尘浓度、风速等数据，并与数值模拟结果进行了比较，发现模拟结果与实验结果趋于一致，表明采取CFD策略进行高大厂房内的气流组织和烟尘浓度分布的计算是可行的，故本论文探讨所得的优化设计策略可以用来指导工程设计。此外，本论文对该焊接厂房置换通风系统设计进行了浅析与评价。发现在正常送风工况下，置换通风系统的通风除尘效果较好；送风筒的安装高度为2m，送风速度衰减较快，气流射程偏短，气流组织有着一定缺陷，应适当降低送风筒的安装高度。关键词：焊接厂房论文置换通风论文CFD策略论文实验策略论文优化设计策略论文
摘要4-6
ABSTRACT6-10
第一章 绪论10-17
1.1 背景及作用10-11
1.2 工业厂房置换通风技术进展11-15
1.2.1 焊接烟尘治理技术的进展历程11-12
1.2.2 置换通风的探讨进展12-15
1.2.3 置换通风在工业领域的运用情况15
1.3 本论文的探讨内容15-16
1.4 本章小结16-17
第二章 室内气流流动探讨策略17-21
2.1 模型实验策略17
2.2 论述探讨策略17-19
2.2.1 射流公式策略17-18
2.2.2 区域模型（Zonal Model）策略18-19
2.2.3 计算流体力学（CFD）策略19
2.3 探讨策略比较19-20
2.4 本章小结20-21
第三章 基于烟尘浓度制约的焊接厂房置换通风系统优化设计21-62
3.1 气流流动的数学模型和数值计算策略21-28
3.1.1 湍流流动模拟策略21
3.1.2 湍流模型21-24
3.1.3 制约方程的离散策略24
3.1.4 离散方程的求解策略24-25
3.1.5 边界条件的简化25-28
3.2 颗粒物运动分布模拟策略28-29
3.3 基于系统节能的送风量设计29-42
3.3.1 物理模型29-30
3.3.2 边界条件及简化检测设30
3.3.3 送风量的选取30-32
3.3.4 计算结果浅析32-42
3.4 送风末端安装高度设计42-49
3.4.1 计算工况42
3.4.2 计算结果浅析42-49
3.5 焊接工位的合理布置49-54
3.5.1 计算工况49
3.5.2 计算结果浅析49-54
3.6 热源强度的影响54-60
3.6.1 计算工况54-55
3.6.2 计算结果浅析55-60
3.7 本章小结60-62
第四章 优化设计策略运用浅析与评价62-69
4.1 工程实例概况62-63
4.2 对数值计算策略的验证63-66
4.2.1 实验仪器63
4.2.2 实验测点布置63-64
4.2.3 实验结果64-65
4.2.4 实验验证65-66
4.3 对置换通风系统设计的浅析与评价66-68
4.3.1 送风量66-67
4.3.2 送风筒安装高度67-68
4.4 本章小结68-69
第五章 结论与展望69-71
5.1 结论69
5.2 展望69-71
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