董 浩，李高进，李佳妮，王 军，林小龙，陈 宁
（1. 上海船舶工艺研究所，上海 200032；
2. 江苏科技大学 能源与动力学院，江苏镇江 212003）
焊接技术在船厂应用广泛，焊接过程中产生的焊接烟尘包含诸多危害人体健康的危险物质，焊接烟尘包含各类金属与非金属氧化物、氟化物等成分，组成成分非常复杂。肖凌云采用理论分析和数值模拟的方法确定车间内部的通风湿度，并对通风系统进行低能耗设计。贾雪峰等利用流体计算软件对某高大封闭焊接车间置换通风情况进行模拟，结果表明：自然通风车间的焊接烟尘浓度明显要高于混合通风车间。IACOVIDES等对-湍流模型中的雷诺应力进行时间平均处理，该研究成果在湍流数值模拟领域取得巨大成功，被广泛应用于大型空间建筑物的速度场和温度场的数值模拟。
焊接车间必须进行通风除尘，将焊接烟尘的浓度降低到规定范围内。本文以某船厂的焊接车间为对象，对不同的工况下车间内部焊接烟尘的浓度分布情况进行数值模拟，分析焊接烟尘在焊接车间内部的分布情况和流动特性，以期为焊接车间通风除尘系统的布置优化提供理论依据。
1.1 模型概况
焊接车间长36 m，宽9 m，高5 m。焊接车间正面开设4扇窗户以及1扇门，窗户与门默认开启。车间采用自然通风作为主要通风手段，车间模型及 坐标系设置情况见图1。
图1 车间模型
1.1 工况1
工况1中焊接车间仅通过窗户自然通风，无其他强制通风处理焊接烟尘。1.6 m高度处焊接车间烟尘浓度云图见图2，1.6 m高度处方向烟尘浓度变化情况见图3，1.6 m高度处不同测点的浓度见表1。焊接烟尘大多集中在车间的后方与左侧位置，除焊接平台（污染源）外，车间左后方位置的烟尘浓度要高于车间其他位置，通风口位置对焊接烟尘浓度的影响较为明显。
图2 1.6 m高度处焊接车间烟尘浓度云图（工况1）
图3 1.6 m高度处y方向烟尘浓度变化情况（工况1）
表1 1.6 m高度处不同测点的浓度（工况1）
1.2 工况2
工况2在工况1的基础上考虑外界通风，从正面吹入自然风的风速为1 m/s。该工况下1.6 m高度处焊接车间烟尘浓度云图见图4，1.6 m高度处方向烟尘浓度变化情况见图5，1.6 m高度处不同测点的浓度见表2。在有自然风进入以后焊接烟尘的浓度得到明显控制，最大浓度仅为2.6 mg/m。由此可知，自然风对焊接烟尘的浓度影响较大。
图4 1.6 m高度处焊接车间烟尘浓度云图（工况2）
图5 1.6 m高度处y方向烟尘浓度变化情况（工况2）
表2 1.6 m高度处不同测点的浓度（工况2）
1.3 工况3
工况3对车间内部通风口进行优化，在车间后部增开3扇窗户，位置与原窗户相对，并在车间左后角的位置新增2扇窗户，车间考虑外界通风，从正面吹入自然风的风速为1 m/s。该工况下1.6 m高度处焊接车间烟尘浓度云图见图6，1.6 m高度处方向烟尘浓度变化情况见图7，1.6 m高度处不同测点的浓度见表3。工况 3最大焊接烟尘浓度为1.81 mg/m，相较于工况2下降明显。这是由于增设窗户实现空气对流，提升了除尘效率。然而，工况3的进风口依旧布置在车间前侧，故焊接烟尘浓度的分布在整体上仍然是前部区域低于后部区域。
图6 1.6 m高度处焊接车间烟尘浓度云图（工况3）
图7 1.6 m高度处y方向烟尘浓度变化情况（工况3）
表3 1.6 m高度处不同测点的浓度（工况3）
1.4 工况4
工况4考虑在车间顶部加装9个风机进行机械排风。由于加装的风机为可逆转风机，故可根据风机的工作状态将工况4分为排风和送风2种模式。
1）排风模式
工况4排风模式下1.6 m高度处烟尘浓度云图见图8，1.6 m高度处方向烟尘浓度变化情况见图9，1.6 m高度处不同测点的浓度见表4。此时最大焊接烟尘浓度为1.08 mg/m，相较于工况3下降明显。
图8 1.6 m高度处焊接车间烟尘浓度云图（工况4，排风模式）
图9 1.6 m高度处y方向烟尘浓度变化情况（工况4，排风模式）
表4 1.6 m高度处不同测点的浓度（工况4，排风模式）
2）送风模式
工况4送风模式下1.6 m高度处焊接车间烟尘浓度云图见图10，1.6 m高度处方向烟尘浓度变化情况见图11，1.6 m高度处不同测点的浓度见表4。此时最大焊接烟尘浓度为0.38 mg/m。相较于排风模式，送风模式对焊接烟尘浓度的控制效果更好。这是由于排风模式下车间内部由于排风扇的抽吸产生负压，车间窗户及各通风口均向车间内部送风，而只通过排风扇进行排气，故车间内部焊接烟尘浓度的控制效果并不理想。在送风模式下，车间通过窗户及各通风口向外排气，增大了输出流量，故该模式下车间内部焊接烟尘的浓度更低。
图10 1.6 m高度处焊接车间烟尘浓度云图（工况4，送风模式）
图11 1.6 m高度处y方向烟尘浓度变化情况（工况4，送风模式）
表5 1.6 m高度处不同测点的浓度（工况4，送风模式）
1.5 工况5
工况5假定无自然通风，仅通过车间顶部的9个风机进行机械排风，且风机处于送风模式。该工况下1.6 m高度处不同测点的浓度见表6，1.6 m高度处方向烟尘浓度变化情况见图12。利用风机进行机械排风可有效降低焊接烟尘的浓度。
表6 1.6 m高度处不同测点的浓度（工况5）
图12 1.6 m高度处y方向烟尘浓度变化情况（工况5）
2）采用自然通风和机械通风的混和通风模式效果要优于单一通风模式。
3）送风模式的机械通风效果要优于排风模式。
本文以某船厂的焊接车间为对象，对不同的工况下车间内部焊接烟尘的浓度分布情况进行数值模拟，分析焊接烟尘在焊接车间内部的分布情况和流动特性，可得出以下结论：
1）自然通风对焊接烟尘浓度分布的影响很大，双侧通风的效果好于单侧通风，在进行车间设计时，要慎重考虑通风口的位置，尽量产生对流运动。
猜你喜欢 烟尘排风测点 抽水蓄能电站地下厂房送排风测试对比研究科技视界(2020年19期)2020-07-30输油泵的性能测试探索科技资讯(2019年30期)2019-12-10浅析职业卫生中的通风除尘系统的设计建筑建材装饰(2019年7期)2019-10-31基于监测的空间网格结构应力应变分析计算机辅助工程(2018年2期)2018-06-03无忧使者科学启蒙(2017年3期)2017-04-10烟尘采样器流量示值误差的不确定度评定魅力中国(2016年9期)2016-05-14锅炉烟尘采样检测工作的探讨科技与创新(2015年12期)2015-07-21伸缩桶第二课堂(小学版)(2014年4期)2014-08-02浅谈某水电站引水隧洞的围岩变形量测研究城市建设理论研究(2012年6期)2012-04-10焦化筛焦除尘风机状态监测分析城市建设理论研究(2011年23期)2011-12-20