高温高湿造纸工业厂房的数值模拟

论文摘要

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成为越来越需要解决的问题。随着计算机技术和数值计算技术的发展,把计算流体力学应用于暖通空调工程中的气流组织设计和分析成为可能,本文就是通过数值模拟的方法对岳阳造纸工业厂房的气流组织和维护结构进行模拟分析和研究。在模拟过程中,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、烘干部和完成部三部分。通过对这三个部分的热湿散发量的大小分别进行计算,我们发现造纸车间的散热散湿的部位集中在湿部和烘干部区域。本文首先介绍了CFD基础理论及常用的CFD商业软件,在使用商业软件FLUENT对造纸车间模拟时,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,得到了冬季不同工况下造纸车间的相对湿度场、温度等值线图和含湿量图,并将模拟结果进行比较,进而选择了最佳的设计方案。同时根据含湿量拟合公式,得出了维护结构的露点分布图,说明了维护结构可能的结露区域。从模拟结果得知,冬季造纸车间湿部维护结构的露点温度最高,因此加强此处的通风气流组织和墙体保温措施,以及减少外窗数量对防止壁面结露有积极意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 当前造纸工业及通风的现状
• 1.2.1 中国造纸工业现状
• 1.2.2 造纸车间通风系统
• 1.3 旧式造纸工业通风设计的缺点
• 1.4 本文研究的主要方法
• 1.4.1 主要方法概述
• 1.4.2 CFD 基本原理
• 1.4.3 CFD 技术在暖通大空间领域上的运用
• 1.5 本文的主要工作
• 第2章 控制方程与CFD 软件
• 2.1 流体基本控制方程
• 2.1.1 质量守恒方程
• 2.1.2 动量守恒方程
• 2.1.3 能量守恒方程
• 2.1.4 组分质量守恒方程
• 2.2 湍流模型
• 2.2.1 湍流的模拟方法
• 2.2.2 湍流基本模型
• 2.3 基本控制方程的求解
• 2.3.1 离散化的目的
• 2.3.2 常用的离散方法
• 2.3.3 代数方程求解
• 2.4 CFD 求解过程
• 2.5 常用的 CFD 商业软件
• 2.5.1 CFD 软件的快速发展
• 2.5.2 几种常用的CFD 软件
• 2.5.3 选用 CFD 软件原则
• 2.6 本章小结
• 第3章 造纸车间散热散湿与通风研究
• 3.1 造纸车间的工艺流程及空间厂房特点
• 3.1.1 造纸车间工艺简介
• 3.1.2 造纸车间特点
• 3.2 造纸车间热湿散发计算
• 3.2.1 岳阳造纸车间资料
• 3.2.2 岳阳造纸车间热湿计算
• 3.3 造纸车间的通风
• 3.3.1 车间通风系统的选择
• 3.3.2 造纸车间空气平衡和热平衡
• 3.4 通风量计算与气流组织
• 3.4.1 全面通风量计算
• 3.4.2 厂房通风的气流组织
• 3.5 小结
• 第4章 造纸车间厂房的数值模拟
• 4.1 厂房几何建模及网格划分
• 4.1.1 厂房几何建模
• 4.1.2 网格划分
• 4.2 边界条件及源项的处理
• 4.2.1 风口的模拟
• 4.2.2 源的处理
• 4.2.3 出口边界条件
• 4.2.4 墙壁（WALL）及近壁面边界条件
• 4.3 模拟工况设置
• 4.4 造纸车间典型工况下气流模拟结果
• 4.4.1 不同工况下模拟结果对比
• 4.4.2 模拟结果分析
• 4.5 冬季工况下维护结构露点温度模拟
• 4.5.1 结露区域评价方法
• 4.5.2 露点温度计算拟合曲线
• 4.5.3 造纸车间容易结露地区模拟分析
• 4.6 小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录