随着机械加工工业的迅速发展，焊接工艺技术得到了广泛的应用。在焊接过程中会产生大量的颗粒污染物和气体污染物，如果不采取有效的治理措施，将会弥漫在整个车间内，导致工作条件较差，严重威胁工人的身体健康。置换通风方式以其在高大空间的节能、热舒适性及室内空气品质等方面的优越，近几年已经在整体厂房焊接烟尘治理中得到应用，但是相当缺乏详细的设计指导，往往由于设计不合理而导致能耗较大或达不到预期的通风除尘效果。随着计算机技术的快速发展，CFD方法成为研究室内气流流动的重要方法。本文采用CFD方法研究基于焊接烟尘浓度控制的焊接厂房置换通风系统优化设计，研究内容包括基于系统节能的送风量设计，送风末端安装高度设计，焊接工位的合理布置以及热源强度对烟尘浓度分布的影响。首先，通过对比置换通风送风量为Q、80%Q、60%Q和40%Q（Q为按照稀释通风计算的送风量）四种工况下厂房内的气流组织和烟尘浓度分布情况，发现在此范围内减少送风量不会影响气流流动趋势和烟尘浓度的分层规律，但会使整个车间的流速相对减小，焊接烟尘浓度整体提高，通风效率有所降低。置换通风系统只需要混合通风系统按照稀释通风计算的送风量的60%即可满足焊接厂房工作区空气品质需求；其次，模拟了送风筒安装高度分别为1m、2m和3m三种工况，发现人员活动区域的焊接烟尘浓度随着送风筒安装高度的升高而增加，安装高度为1m的工况工作区的烟尘浓度最小，空气品质最高。从保证工作区空气品质的角度考虑，应该首选1m的送风筒安装高度；再次，通过对焊接工位与送风筒的水平距离分别为2m、3m和4m三种工况的数值模拟，发现在正常情况下，焊接工位与送风筒的水平距离基本不会影响车间内烟尘浓度分布规律，但距离为2m的工况烟尘浓度分层高度相对较高，应考虑优先选用；最后，通过模拟分析不同热源强度对厂房内烟尘浓度分布的影响，得出在允许范围内，增加热源强度会使厂房的烟尘浓度降低，烟尘浓度分层高度上升，置换通风效果更好。在某置换通风焊接厂房进行了现场实验，分别在两种工况下测试了焊接烟尘浓度、风速等数据，并与数值模拟结果进行了对比，发现模拟结果与实验结果趋于一致，表明采用CFD方法进行高大厂房内的气流组织和烟尘浓度分布的计算是可行的，故本文研究所得的优化设计方法可以用来指导工程设计。此外，本文对该焊接厂房置换通风系统设计进行了分析与评价。发现在正常送风工况下，置换通风系统的通风除尘效果较好；送风筒的安装高度为2m，送风速度衰减较快，气流射程偏短，气流组织存在一定缺陷，应适当降低送风筒的安装高度。