為了改善生產(chǎn)車間的通風狀況，降低生產(chǎn)過程造成的苯乙烯污染，新風及排風系統(tǒng)的優(yōu)化設計顯得尤為重要。根據(jù)車間污染源分布特點，運用計算流體動力學(CFD)的數(shù)值模擬方法，對某產(chǎn)生苯乙烯的車間的通風系統(tǒng)進行模擬，使人體工作環(huán)境達標。結果表明，采用頂部送風，頂部排風和兩側墻排風的通風方式，并不能有效降低車間內(nèi)苯乙烯的濃度。采用增大通風量的方式效果也不明顯，尤其是車間下部濃度超標。根據(jù)模擬結果，采用地面排風口可以提高排風效率，在另兩面?zhèn)葔Φ?個模具之間增設排風口也可達到很好的效果。

1、前言

　　目前，針對車間中的有害氣體，一般采用通風的方式進行處理，根據(jù)工業(yè)實際情況，采用局部通風和全面通風的方式對被污染空氣進行處理，達標后排到室外。在通風系統(tǒng)的設計中，采用數(shù)值模擬對通風方式的布置，送風量和排風量的確定以及設備的優(yōu)化起到關鍵作用。本文涉及的車間采用傳統(tǒng)葉片生產(chǎn)工藝，開模工藝，生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量苯乙烯等揮發(fā)性有毒氣體，該氣體為可疑致癌物，具刺激性，對眼和上呼吸道粘膜有刺激和麻醉作用，對水體、土壤和大氣可造成污染，易燃，其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物，有引起燃燒爆炸的危險。在工業(yè)生產(chǎn)中，車間空氣中的苯乙烯最高容許濃度為40mg/m3。根據(jù)車間污染源分布特點，考慮到生產(chǎn)需要，不宜采用局部排風，采用全面通風系統(tǒng)。本文運用FLUENT進行模擬的方法，對通風效果進行數(shù)值模擬。

2、數(shù)學模型及計算條件

　　車間的幾何尺寸為75m×34.4m×18.5m，車間中模具布置見圖1。

圖1 車間布置

　　2個模具中間均為溝槽，形狀與風力發(fā)電設計葉片形狀相符，工藝過程中需要在溝槽表面涂苯乙烯作為稀釋劑，苯乙烯易揮發(fā)，對人體有害。在工藝開始后的1.5h內(nèi)揮發(fā)32.2kg苯乙烯，1.5h后不揮發(fā)。表1為苯乙烯的物理參數(shù)。

表1 苯乙烯性質(zhì)

　　根據(jù)實際操作需要，需通過通風系統(tǒng)，使工作區(qū)的苯乙烯濃度在工藝開始后2h達到國家規(guī)定的標準。由于工藝需要，不便于在模具上加局部排風罩，因此只考慮全面通風。本文的通風系統(tǒng)布置方式:頂部送風+頂部排風+兩側墻排風，頂部送風采用布袋送風，送風均勻;下部排風口相隔間隔為6m，尺寸為1.5m×1.5m;上部排風口相隔3.0m，尺寸R=0.35m。在車間水平中心，距地面1.5m處設置監(jiān)測位置(37.5，1.5，17.2)，監(jiān)測此位置的苯乙烯濃度隨時間的變化。

　　模型處理和劃分網(wǎng)格在FLUENT的前處理軟件GAMBIT中進行，網(wǎng)格種類和網(wǎng)格數(shù)量決定了網(wǎng)格劃分的質(zhì)量。在相同的條件下，網(wǎng)格數(shù)量越多質(zhì)量越好，計算結果越精確，同時對計算機的配置和計算時間的要求也會隨之提高。本模型總網(wǎng)格數(shù)為329516個。計算多相模型采用VOF模型，采用隱式格式，湍流模型采用LES大渦模擬模型，Subgrid-ScaleModel采用Smagorinsky-Lily模型。網(wǎng)格如圖2所示。

圖2 網(wǎng)格劃分

4、結語

　　采用有效的通風方式，能夠有效地排出工業(yè)車間產(chǎn)生的廢熱和污染性氣體，對確保工業(yè)設備的安全高效運行、良好的工作環(huán)境及人體的健康有著重要作用。本文基于CFD技術，改變通風量，對車間的通風系統(tǒng)進行模擬計算，得出2種方案下苯乙烯的濃度隨時間的衰減變化規(guī)律。結果表明，采用頂部送風，頂部排風和兩側墻排風的通風方式，當新風送風量為10次/h，并不能有效降低車間內(nèi)苯乙烯的濃度，當送風量增加到20次/h，苯乙烯的濃度相對降低，但仍高于標準要求。采用增大通風量的方式不能從根本上解決空氣質(zhì)量問題。

　　根據(jù)模擬結果，通風方式應進行改進，采用地面排風口提高排風效率，考慮到兩個較高的磨具中間極易積存苯乙烯，模具之間設置排風也可達到很好的效果。本文的研究結果，可供相關車間的通風設計參考。計算流體力學作為數(shù)值分析工具，將在建筑通風設計中起到重要作用，其應用有著廣泛的前景。