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44500字论文范文大型工业厂房焊接防排烟置换通风数值模拟平台及实验研究

论文类型:论文范文
论文字数:44500字
论点:模型,湍流,模拟
论文概述:

本文为通风工程硕士毕业论文,主要论述本章对现有风口模型进行了简单回顾,分析了各风口模型的优缺点,对于工程中的孔板类风口,提出了 CFD 模拟中十分简便的简化方法,并在此基础上提

论文正文:

第一章导言
1.1研究背景和意义
焊接是机械加工业中不可缺少的工业技术。据不完全统计,以焊接为主要加工技术(或焊接对产品质量有关键影响)的企业已超过7000家。这些企业对我国工业经济建设有着深刻的影响,覆盖面广,在国民经济建设中发挥着举足轻重的作用。随着现代工业的发展,新焊接材料、焊接及相关工艺的不断出现和应用日新月异。然而,随后产生的有毒和有害物质——焊接烟尘也很多,并经常在车间上部积聚和悬浮空,导致车间[1]的恶劣工作和卫生条件。焊接烟雾主要包括气体、烟雾、灰尘等。这是一种非常复杂的物质。烟雾中含有20多种元素,烟雾化合物非常复杂。
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1.2国内外研究现状
1.2.1风口模型的研究现状
1991年[23、斯科格阿德和尼尔森用规定的速度法对黑森公司扩压器进行了数值模拟。将计算出的工作区最大速度与实验数据进行比较,发现计算出的最大速度吻合较好。在[[24]1990年,heikkinen提出了一个模拟“HESCO”型多孔扩散器的基本模型。他将风口简化成矩形开口,其面积等于原始风口的自由流通面积。1991年[25日,斯科格阿德和尼尔森用基本模型计算了“黑森”扩压器。计算中,进口湍流动能K取湍流强度的10%,进口湍流耗散ε按CK 1.5/L确定。计算结果与实测值的比较表明,射流衰减趋势大致相似,但各点的速度值相差很大。
……
第二章是大型焊接车间气流组织的计算流体动力学仿真数学模型。
2.1湍流模拟方法
利用湍流模型理论模拟湍流的主要方法有:直接数值模拟、大涡模拟和湍流输运模拟。直接数值模拟(直接数值模拟)是在湍流尺度的网格尺寸内直接求解瞬态三维纳维尔-斯托克斯方程,无需添加任何人工假设,从而获得所有流场信息。然而,这种方法需要极高的计算机性能,这是目前无法忍受的。另一种要求稍低的方法是亚网格尺度模拟,即大涡模拟。该方法基于湍流流动特性由流场中的大涡决定,小涡只是能量耗散的假设。利用湍流模型计算大涡,模拟小涡,从而实现对整个湍流流场的模拟。该方法可用于模拟湍流结构,满足工程技术要求。然而,大涡模拟仍然需要相当大的计算成本,对于复杂的三维流动仍然“无能为力”,在实际应用中仍然难以适应。
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2.2湍流输送模型模拟
对于雷诺应力,如果导出相关微分方程,那么将出现三阶脉动相关项,然后导出三阶脉动相关项的微分方程,并且将出现四阶脉动相关项。如果这种情况继续下去,方程将永远不会关闭。为此,中国学者周培源于1940年建立了满足一般湍流雷诺应力的微分方程组,并进一步推导了四阶脉动相关项的微分方程。在此基础上,引入了封闭方程组的假设。对于二阶脉动相关项的微分方程,如果借助半经验理论用低阶脉动相关项或时间平均值来表示三阶脉动项,则方程可以封闭,这种湍流模型称为“二阶模型”。其中最具代表性的是雷诺应力模型。然而,用“二阶模型”封闭的方程多达16个,因此很难将其应用于工程实践。因此,本文不讨论这种模型,而是阐述工程中广泛使用的涡流粘度系数模型EVM(涡流粘度模型)。在引入涡流粘性系数模型之前,有必要引入——布辛涅斯克假说——所有模型的共同基础。
……
第三章大型焊接厂房计算流体力学模拟中风口模型、热源和污染源模型的研究……26
3.1风口模型研究................................26
3.2热源和污染源模型研究..............................38
3.3铝合金焊接车间置换通风的数值模拟……49
3.4本章总结................................58
第四章验证............................59通过风口模型实验
4.1模型实验理论................................59
4.2模型实验中相似条件的保证...................61
4.3粒子图像测速技术简介.............................................64
4.4模型实验结果及分析................66
4.5本章总结...........................................68
第四章风口模型的实验验证
本章利用粒子图像测速技术对某型置换风机周围的流场进行了研究,揭示了风机周围的空风速分布规律,验证了本文提出的置换风机简化模型。
4.1模型实验理论
相似原理是模型实验的理论基础。为了确保两个流动问题的机械相似性,两个流动必须在几何上相似、运动上相似、运动上相似,并且两个流动的边界条件和初始条件相似。
4.1.1几何相似性几何相似性
指流量空之间的几何相似性。也就是说,形成这个空的任何两个相应线段之间的夹角是相同的,并且任何相应线段的长度保持一定的比例,这被称为长度比例常数。
...................
结论
本章简要回顾了现有风口模型,分析了各风口模型的优缺点。针对工程中的孔板风口,提出了一种非常简单方便的计算流体力学模拟方法,并在此基础上,提出了一种圆柱形置换送风筒的简化计算流体力学模拟策略。然后,根据热源产生的热烟流相似的原理,提出了一种简化的焊接热源方法,并给出了一种全新的焊接污染源处理方案。最后,对铝合金厂房的焊接烟尘控制和置换通风系统进行了仿真,并对通风系统的除尘、温度和风速控制性能进行了分析。进一步研究了焊接热源强度对厂房内烟气分布、温度和气流速度的影响。
参考文献(省略)