汽车制造厂焊接车间置换通风气流组织优化数值研究

论文摘要

近年来,汽车制造工业飞速发展,并已成为我国国民经济的支柱产业之一。铝合金在汽车制造中被广泛应用,其焊接技术是现代汽车制造工艺中最关键的环节之一。MIG焊是实现铝合金加工的一种重要方法,但其焊接过程伴随着大量铝合金焊接烟尘的产生,其主要成分为Al2O3,会对人体的健康产生严重危害。因此需要在铝合金焊接车间设置通风空调系统,对车间内烟尘的浓度加以控制,以改善焊工的劳动作业环境,提高生产效率。现代汽车制造厂铝合金焊接车间跨度大、高度高,车间内焊点处热与污染同时发生,这些特点使得焊接车间很适合采用置换通风方式进行通风,这样一来,车间内下部活动区空气清新,上部非活动区空气污染较严重,存在着热力分层。但是,置换通风空调房间的气流组织方案会对其通风效果产生很大的影响。在相同的设计参数下,不同的方案将会在室内形成不同的温度、速度、相对湿度及污染物浓度分布,而影响到通风空调系统的运行效果。合理的气流组织方案是有效控制铝合金焊接车间内焊接烟尘浓度、保证车间内部达到焊接生产工艺所要求的温度、湿度、气流速度的先决条件。因此,本文针对某汽车制造厂铝合金焊接车间,结合车间内焊点的空间布局,确定了A、B两种置换通风气流组织方案。方案A为在焊接车间跨的一侧和跨中部的安全通道处各设置一排送风口,方案B则仅在焊接车间跨的一侧设置一排送风口,两种方案的回风口均设置在车间顶部。采用FLUENT软件对A、B两种方案在夏季工况下车间内的污染物浓度、气流速度、温度、压力场进行了数值模拟。结果分析表明,采用方案A车间内的通风气流组织效果优于方案B。接着,针对方案A,在送、回风口尺寸不变、送风温度及湿度参数不变的情况下,对不同通风换气次数下的通风效果进行了数值模拟,通过结果的比较分析,提出了方案A的最佳通风换气次数为2次／h。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1.绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 汽车制造厂焊接车间生产环境
• 1.1.2 焊接车间污染及焊接烟尘的危害
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 国内外焊接烟尘治理研究现状
• 1.2.2 空气调节区的气流组织研究现状
• 1.3 研究方法及研究内容
• 1.3.1 研究方法和手段
• 1.3.2 研究内容
• 2.焊接烟尘的特点及其形成、扩散
• 2.1 焊接烟尘的组分及特点
• 2.1.1 焊接烟尘的组成成分及各组分的危害
• 2.1.2 焊接烟尘的粒径分布及其特点
• 2.2 焊接烟尘的形成
• 2.2.1 焊接烟尘的形成机理
• 2.2.2 焊接烟尘的形核机制及粒子的长大
• 2.3 焊接烟尘的扩散
• 2.3.1 焊接烟尘扩散的基本原理
• 2.3.2 焊接烟尘随焊接烟羽的流动
• 2.4 铝合金焊接车间MIG焊的焊接烟尘及其危害
• 2.4.1 铝合金MIG焊
• 2.4.2 铝合金MIG焊烟尘的特点及其危害
• 2.4.3 铝合金MIG焊烟尘的沉降速度
• 3.置换通风的原理、特点及其效果评价
• 3.1 置换通风的产生及其发展应用
• 3.2 置换通风的原理及其空气分布特性
• 3.2.1 置换通风的基本原理及热力分层
• 3.2.2 置换通风室内温度、速度、污染物浓度、湿度的分布
• 3.2.3 置换通风末端装置的布置
• 3.3 置换通风与传统混合通风的比较
• 3.4 置换通风效果评价
• 3.4.1 置换通风热舒适性标准
• 3.4.2 空气龄（τ）
• 3.4.3 换气效率ε
• 3.4.4 通风效率η
• 3.5 置换通风的特点及其适用场合
• 4. 铝合金焊接车间除尘除湿系统及CFD仿真模型简况
• 4.1 铝合金焊接车间工程背景
• 4.2 铝合金焊接车间除尘除湿空调系统工程概况
• 4.2.1 铝合金焊接车间除尘除湿空调系统的设计参数
• 4.2.2 铝合金焊接车间除尘除湿空调系统设置简介
• 4.3 铝合金焊接车间CFD仿真模型的建立
• 4.3.1 模拟几何空间的选取
• 4.3.2 模拟空间内的热源及污染源位置
• 4.3.3 气流组织方案的确定
• 4.3.4 模拟空间的网格划分
• 4.3.5 数学模型的建立
• 4.3.6 边界条件和初始条件
• 4.3.7 数值计算模型与计算方法
• 5. 铝合金焊接车间气流组织方案的优选
• 5.1 置换通风气流组织方案A、B的模拟结果及分析、比较
• 5.1.1 方案A、B的污染物浓度分布分析、比较
• 5.1.2 方案A、B的风速分布分析、比较
• 5.1.3 方案A、B的温度分布分析、比较
• 5.1.4 方案A、B的压力分布分析、比较
• 5.2 置换通风气流组织方案A、B的比较及其结论
• 5.2.1 方案A、B的污染物浓度分布比较
• 5.2.2 方案A、B的速度分布比较
• 5.2.3 方案A、B的温度分布比较
• 5.2.4 方案A、B的压力分布比较
• 5.2.5 方案A、B比较得到的结论
• 6.置换通风气流组织方案A的优化研究
• 6.1 方案A的优化模拟方案
• 6.2 方案A不同模拟工况的模拟结果
• 6.2.1 不同模拟工况的污染物浓度分布云图
• 6.2.2 不同模拟工况的气流速度分布云图
• 6.2.3 不同模拟工况的温度分布云图
• 6.3 方案A不同模拟工况的分析、比较及优化
• 6.3.1 不同模拟工况的污染物浓度分析、比较
• 6.3.2 不同模拟工况的气流速度分布分析、比较
• 6.3.3 不同模拟工况的温度分布分析、比较
• 6.3.4 不同模拟工况的压力分布分析、比较
• 6.4 方案A换气次数优化的结论
• 7.结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者攻读学位期间发表的论文