發(fā)布時(shí)間：2020-03-25 10:20

【摘要】：工業(yè)生產(chǎn)中許多高溫工藝過程如焊接,短時(shí)間內(nèi)釋放高濃度的顆粒物與氣流混合物。該類顆粒物溫度高,粒徑小,在室內(nèi)迅速擴(kuò)散,對作業(yè)環(huán)境安全以及工人的身體健康具有嚴(yán)重危害。對于污染源位于近壁面處的兩相流研究并不多見,因此本文針對高溫顆粒污染物在近壁面處時(shí)遷移擴(kuò)散規(guī)律的研究,將為今后更加合理有效的控制該類污染物提供理論依據(jù)。本文首先以焊接實(shí)驗(yàn)為代表對此類高溫顆粒污染物擴(kuò)散規(guī)律進(jìn)行研究,通過實(shí)驗(yàn)測試我們對焊接煙塵溫度以及速度的變化規(guī)律有了初步認(rèn)知,為后續(xù)的數(shù)值模擬研究提供了合理有效的邊界條件。此后從前人的研究方法出發(fā),結(jié)合該類污染物在流場中真實(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),采用數(shù)值模擬方法對瞬時(shí)散發(fā)的高溫顆粒物分別在穩(wěn)態(tài)流場和非穩(wěn)態(tài)流場中的擴(kuò)散進(jìn)行分析,通過對比顆粒物溫度、速度變化,與氣流跟隨性以及水平方向上的分布,可知:(1)在穩(wěn)態(tài)流場中,不同粒徑的顆粒物均能迅速上升至廠房頂部,在非穩(wěn)態(tài)流場中,對于初始溫度T=673K,粒徑d=1,5,10μm顆粒物先迅速上升至廠房中部位置,此后緩慢運(yùn)動(dòng)直至到達(dá)頂部,而粒徑d=20μm和30μm的顆粒物上升過程中伴隨大量的顆粒物回落,到達(dá)廠房中上部時(shí)不再上升反而會(huì)下落;(2)穩(wěn)態(tài)流場中顆粒物的上升速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于非穩(wěn)態(tài)流場中上升速度,顆粒物脫離氣流的數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于在非穩(wěn)態(tài)流場中;(3)在穩(wěn)態(tài)流場中,顆粒物在水平方向上的擴(kuò)散半徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于非穩(wěn)態(tài)流場中顆粒物的擴(kuò)散半徑;在穩(wěn)態(tài)流場中,不同擴(kuò)散半徑內(nèi)顆粒物均保持向上運(yùn)動(dòng),在非穩(wěn)態(tài)流場中,擴(kuò)散半徑較大的區(qū)域的顆粒物在廠房底部已經(jīng)開始回落。在穩(wěn)態(tài)流場中,顆粒物向近壁面處域遷移,而在非穩(wěn)態(tài)流場中,顆粒物遠(yuǎn)離近壁側(cè)遷移。由此可知,針對于本文研究對象,即高溫顆粒物與氣流瞬時(shí)散發(fā)的焊接工藝,若采用前人的顆粒物在穩(wěn)態(tài)流場中擴(kuò)散的研究方法,將對顆粒物的擴(kuò)散遷移預(yù)測結(jié)果產(chǎn)生較大偏差�；谏鲜龇治霰疚牟捎妙w粒物在非穩(wěn)態(tài)流場中運(yùn)動(dòng)的計(jì)算方法對不同影響因素下近壁面處瞬時(shí)散發(fā)的高溫顆粒物擴(kuò)散規(guī)律進(jìn)行研究,從顆粒物的溫度、速度變化出發(fā),探究不同粒徑和初始溫度顆粒物氣流跟隨性及顆粒物水平方向擴(kuò)散分布特性。所得主要結(jié)論如下:(1)具有初始溫度T=673K的高溫顆粒物散發(fā)后,短時(shí)間內(nèi)(3s)溫度衰減至300K,此后呈現(xiàn)緩慢降低的趨勢,且顆粒物粒徑越小,初始溫度越高,衰減越迅速;伴隨溫度衰減,顆粒物的速度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,且顆粒物的粒徑越大,最大速度越大,但衰減越迅速;(2)對于顆粒物與氣流的跟隨性,顆粒物粒徑越小,初始溫度越低,在運(yùn)動(dòng)過程中脫離氣流的數(shù)目越少;對于初始溫度T=673K,粒徑d=1,5和10μm的顆粒物,95%以上均能運(yùn)動(dòng)至廠房中上部區(qū)域,80%以上能繼續(xù)上升至接近屋頂?shù)膮^(qū)域;而粒徑d=30μm的顆粒物,運(yùn)動(dòng)至廠房中上部區(qū)域的數(shù)目不足70%,僅有42%的顆粒物能上升至接近屋頂?shù)膮^(qū)域;對于粒徑d=10μm,初始溫度T=373,473,573和673K的顆粒物到達(dá)不同高度處的數(shù)目基本相同,僅在運(yùn)動(dòng)時(shí)間上具有一定差別,初始溫度較低的顆粒物所需要的時(shí)間較長。(3)對于顆粒物水平方向上的擴(kuò)散,顆粒物的粒徑越小,初始溫度越高,同一時(shí)刻水平擴(kuò)散越顯著,較之顆粒物粒徑,初始溫度對顆粒物水平方向擴(kuò)散具有顯著影響;在擴(kuò)散半徑較大的區(qū)域,t=1s時(shí)顆粒物已經(jīng)發(fā)生回落;顆粒物在水平方向分布最初呈現(xiàn)高斯分布,隨著顆粒物非對稱水平方向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致慢慢偏離高斯分布,且顆粒物粒徑越小,初始溫度越高偏移越明顯。
【圖文】：

焊接實(shí)驗(yàn)臺

11圖 2.4 CENTER 309 圖 2.5 Testo 405-v1 測量儀 圖 2.6 Testo 紅外測儀2）Testo 405-v1 測量儀實(shí)驗(yàn)中采用到 Testo 405-v1 測量儀，實(shí)現(xiàn)對風(fēng)速、風(fēng)量、溫度的測量。它具有小巧、靈活、方便的特點(diǎn)，可以方便快捷地對流場中的風(fēng)速進(jìn)行測量。其參數(shù)如下所示：風(fēng)速量程：0～10m/s；精 度： 0.1m/s（0～2m/s）；分 辨 率：0.01m/s；溫度量程：-20～+50℃；
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X701;X16

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2599779