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高温高湿造纸工业厂房热湿环境实测分析及数值模拟

作 者: 谢赛男
导 师: 龚光彩
学 校: 湖南大学
专 业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 数值模拟 造纸工业厂房 气流组织 墙壁结露
分类号: TU831.8
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 145次
引 用: 4次
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内容摘要


近年来,随着现代造纸工业的快速发展,造纸车间的体积越来越大,同时在纸张的生产过程中,必将散发大量的热与湿,因此造纸工业厂房的通风和壁面结露越来越成为需要解决的问题。尽管目前数值模拟已经获得了较为广泛的使用和认可,但现场实测研究也有很大的必要性,现场测试是在实际运行情况下进行的,其所得出的各种数据均是真实数值,这是任何模拟研究所无法比拟的。不仅可以发现并提出通风系统中的实际问题,而且也可为模拟实验积累验证数据,用以改进模拟研究的准确性。本文采用现场实测和数值模拟相结合的方法,对造纸工业厂房的气流组织和温湿度分布进行研究。本文首先对车间的测试点和测试仪器及方法进行了简单介绍,对造纸车间的温湿度测试数据进行了系统的分析,得出造纸车间湿部及烘干部6m以下温度的分布规律,同时总结了车间的含湿量及相对湿度分布特性。通过现场实测得到车间围护结构的热流参数,进排风温湿度及进排风风量数据等,并根据实测数据及设备参数计算出车间各热湿源的散热散湿量,为数值模拟提供准确的边界条件及结果验证数据。在使用商业软件FLUENT对造纸车间模拟时,针对造纸工业厂房热源、湿源分布较为分散的实际情况,在建模时对厂房的热源和湿源进行了适当的简化,力求最大程度地接近实际情况。造纸车间边界条件的添加关系到模拟的成败,本文根据岳阳造纸工艺的生产过程将造纸车间分为湿部、前干部、施胶部、后干部和卷纸部五部分。根据实测数据计算出热湿散发量,设置各部位的热湿源项。根据造纸车间特点,在湍流模拟时采用标准的k-ε两方程模型、标准壁面函数,并且考虑了浮升力的影响,采用Boussinesq假设,使用SIMPLE算法,得到了冬季不同送风气流组织造纸车间的相对湿度场、温度等值线图和含湿量图。同时根据含湿量拟合公式,得出了各种送风形式下围护结构的露点分布图,分析出围护结构最可能的结露区域。并将模拟结果进行比较,进而选择最佳的设计方案。从模拟结果得知,冬季造纸车间湿部传动侧的围护结构的露点温度最高,因此加强此处的通风气流组织和保温措施,以及减少外窗数量对防止结露有积极意义。同时,与只在屋顶设排风的气流组织形式相比,侧墙有局部排风的气流组织形式更容易排热排湿,其中以在操作侧湿部侧墙加局部排风的排湿效果最好。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-18
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 当前造纸工业及厂房通风的现状  11-13
    1.2.1 造纸车间建筑特点  11
    1.2.2 造纸车间通风特点  11
    1.2.3 旧式造纸工业通风设计的缺点  11-13
  1.3 本文研究的主要方法  13-16
    1.3.1 主要方法概述  13
    1.3.2 CFD基本原理  13-14
    1.3.3 CFD在国外 HVAC领域的应用研究  14-15
    1.3.4 CFD在国内 HVAC领域的应用  15-16
  1.4 本文的主要工作  16-18
第2章 造纸车间现场测试及结果分析  18-51
  2.1 实测造纸车间选择  18-20
    2.1.1 岳阳某造纸厂  19
    2.1.2 宁波某造纸厂  19
    2.1.3 山东淄博某造纸厂  19-20
    2.1.4 东莞某造纸厂  20
  2.2 测试内容及测试仪器、方法  20-24
    2.2.1 现场测试时间与内容  20
    2.2.2 测量方法及仪器  20-24
  2.3 实测结果分析  24-42
    2.3.1 造纸车间温度分布特性  24-34
    2.3.2 造纸车间湿度分布特性  34-42
  2.4 造纸车间散热、散湿量  42-48
    2.4.1 空气平衡  42-43
    2.4.2 热平衡  43
    2.4.3 实测数据计算车间散热散湿量  43-45
    2.4.4 根据设备参数计算散热、散湿量  45-48
  2.5 造纸车间围护结构热流量  48-49
  2.6 小结  49-51
第3章 造纸车间厂房的数值模拟  51-69
  3.1 厂房几何建模及网格划分  51-54
    3.1.1 厂房几何建模  51-52
    3.1.2 网格划分  52-54
  3.2 边界条件及源项的处理  54-57
    3.2.1 风口的模拟  54-55
    3.2.2 源的处理  55
    3.2.3 出口边界条件—Outflow  55-56
    3.2.4 墙壁( WALL)及近壁面边界条件  56-57
  3.3 模拟工况设置  57
  3.4 造纸车间典型工况下气流模拟结果  57-68
    3.4.1 不同工况下模拟结果对比  57-66
    3.4.2 模拟结果与实测结果对比分析  66-68
  3.5 小结  68-69
第4章 造纸车间气流组织优化  69-84
  4.1 四种气流组织形式比较  69-73
    4.1.1 温湿分布曲线  69-72
    4.1.2 不同工况下温湿分布对比  72-73
  4.2 不同气流组织情况下车间结露分析  73-82
    4.2.1 结露区域评价方法  73-74
    4.2.2 露点温度计算拟合曲线  74
    4.2.3 围护结构表面温度与附近露点温度的对比  74-82
  4.3 小结  82-84
结论与展望  84-87
参考文献  87-91
致谢  91-92
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  92

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 房屋建筑设备 > 空气调节、采暖、通风及其设备 > 空气调节 > 各种房屋空气调节
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