造纸车间热环境的数值模拟

论文摘要

随着人们对纸的需求量的提高，现代造纸工业得到快速发展，造纸厂房的空间越来越大。在纸张的生产过程中，散发大量的热量，因此造纸工业厂房的通风设计问题也日益突出，通风系统设计合理性直接影响造纸车间的工作环境，从而影响到工人的热舒适性，不舒适热环境也影响工人的健康与工作效率。随着计算机数值模拟方法（CFD）的发展和计算机硬件能力的大幅提升，具备强大模拟功能及可视化计算机流体仿真技术在通风空调领域的研究工作中得到了广泛的应用。为造纸车间的热环境合理化设计提供了参考，从而为热舒适性及节能目标的实现提供了基础。造纸车间空间大、工艺过程复杂，从而造成了CFD模拟过程的建筑物理模型的建造、网格划分、描述边界条件的描述困难。本文在以广西一造纸厂房大空间建筑通风设计为研究背景下，用AutoCAD和GAMBIT软件对造纸厂房进行建模和网格划分，采用CFD软件分别针对通风温度在34、36、38℃，送风速度在8m/s的条件下，分别对厂房内温度场、速度场进行了三维数值模拟研究，采用标准k两方程湍流模型，将计算区域用有限容积法离散成为代数方程组。采用迎风差分格式，速度-压力耦合采取SIMPLE算法。通过改变边界条件得到不同条件下的温度场和速度场，通过编制UDF程序，实现对温度场和速度场、热舒适性的结果分析，并通过理论分析来验证CFD模拟的合理性和正确性。模拟结果显示大空间局部区域，由于气流分布的不均匀性原因，造成其环境参数不能满足舒适性PMV的要求，建议在实际的工程中采用改变通风方向、送风位置、加大送风风量或采用送冷风等措施来解决设计过程中的不足。本论文的模拟方法对于已建的造纸车间及新建的造纸车间的的热环境优化设计提供了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 造纸车间常见的通风系统
• 1.2.1 造纸车间通风的类型
• 1.2.2 造纸工业通风常见的问题
• 1.2.3 造纸车间通风的选择
• 1.3 研究目的与意义
• 1.4 本文主要研究工作
• 1.5 小结
• 第2章 造纸厂房通风工程设计
• 2.1 工程及造纸工艺简介
• 2.1.1 工程概况
• 2.1.2 造纸工艺流程
• 2.2 设计参数确定简介
• 2.2.1 室外设计参数确定
• 2.2.2 室内设计参数
• 2.3 通风系统的选择及控制
• 2.4 其他辅助通风系统
• 2.4.1 化学品区、润滑油站、桶槽区及辅房排风
• 2.4.2 纸芯管房和真空泵房通风系统
• 2.5 厂房防排烟通风设计
• 2.6 小结
• 第3章 造纸车间模拟的前处理
• 3.1 GAMBIT 软件简介
• 3.1.1 厂房物理模型
• 3.1.2 网格类型
• 3.1.3 模型空间网格划分
• 3.2 FLUENT 模拟计算
• 3.2.1 计算流体力学（CFD）技术
• 3.2.2 FLUENT 基本控制方程
• 3.2.3 控制方程的处理方法
• 3.2.4 厂房边界条件设定
• 3.3 UDF 程序介绍
• 3.3.1 用户自定义函数
• 3.3.2 UDF 宏
• 3.4 小结
• 第4章 模拟结果分析
• 4.1 模拟工况设置
• 4.2 不同工况下模拟结果分析
• 4.3 小结
• 第5章 模拟结果与射流计算结果对比
• 5.1 CFD 数值模拟温度、速度校核
• 5.1.1 校核目的
• 5.1.2 校核步骤
• 5.2 结果分析
• 5.2.1 对比分析
• 5.2.2 结果的分析
• 5.3 小结
• 第6章 厂房热舒适性分析
• 6.1 预测平均评价 PMV（ Predicted Mean Vote）[31]
• 6.2 应用 PMV 对实际情况的舒适性研究
• 6.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢