工业车间油雾颗粒的传播模型研究

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金属切削液的广泛使用使得工业车间内产生了大量微小的油雾颗粒物,从而导致车间内环境问题突出。为了控制油雾颗粒物污染,研究其在车间内的传播规律及分布特性十分重要。本文首先调研了天津市某机械加工车间,总结了该车间内总体布局、设备种类及通风系统等信息。该工业车间内部属于典型高大空间,跨度长,高度在8 m左右。车间内有20余种设备类型,其中数控车床数量最多。有3种通风系统:屋顶排风系统,空调送风系统和局部排风系统。依据调研结果和相似理论,搭建了具有典型工业车间特点的缩比实验舱。在缩比实验舱内部进行了油雾颗粒在不同换气次数和气流组织下的传播实验。通过实验发现,在没有气流组织时,油雾颗粒更倾向于在室内扩散使得室内浓度均一,并且滞留时间久,难以沉降。当达到稳定时,在屋顶强制排风的气流组织下,舱内油雾的平均浓度随换气次数的增大而逐渐减小。在混合通风的气流组织下,相比对应的排风工况,室内油雾平均浓度降低20%,说明混合通风起到了一部分去除污染物的作用。利用计算机流体力学(CFD)方法建立了油雾颗粒在车间内部的传播模型,并通过实验数据验证了该模型的准确性。针对湍流模型,本文选择可实现的k-ε两层模型。针对颗粒传播模型,本文对颗粒传播研究方法进行了综述,总结了不同文献选择不同边界条件的依据。对比评估了两种颗粒物传输模型在排风及混合通风工况下的预测表现。结果显示在不同工况下,两种颗粒物模拟方法的结果与实验值吻合良好,均可以很好地预测油雾颗粒在车间内的传播;对于壁面附近颗粒物浓度预测,使用拉格朗日法更加准确。与拉格朗日方法相比,欧拉法是经济的选择。因为拉格朗日法需考虑颗粒的停留时间、轨迹数等参数,在计算资源上要求更高。
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