论文摘要
大空间工业厂房的空调气流组织对室内环境有着重要的影响作用,然而现场实测的车间内部环境却并不尽如人意,这表明传统的空调系统设计模式仍存在缺陷。本文以大空间造纸工业厂房为模型,采用多孔介质模型来简化处理大空间生产车间的复杂设备,结合数值模拟方法对多孔介质模型在此类大空间建筑中的应用进行了研究。本文首先简单介绍了多孔介质的特点性质,回顾了前人在大空间气流组织模拟方面的研究工作以及目前多孔介质的研究方向与涉及领域,而后明确了以理论分析、现场实测和数值计算作为本文的研究方法。本文将流体流动区域分为纯流体区域和多孔介质区域。纯流体区域的流动控制方程为流体力学已有的流体力学方程,多孔介质区域被看作一种含有孔隙的特殊连续流体。在多孔介质区域引入表征体元的概念并以纯流体控制方程为基础,采用在表征体元上进行平均化的方法推导出了多孔介质宏观流动方程。在此之前,首先定义了描述多孔介质的宏观参数孔隙率、比面、渗透系数和渗透率并介绍了以上参数的测量计算方法与模型。本文以实测大空间工业厂房为原型进行必要的简化后,在专业建模软件Gambit中生成计算物理模型,采用六面体和四面体对计算域进行网格划分。Fluent计算软件中的边界条件和源项的设置均由现场实测结果获得,并且为了便于多孔介质模型参数设置本文将车间内生产设备分为湿部、前干部、施胶部、后干部和卷纸部五部分,本文只针对湿部应用多孔介质模型进行简化处理。文中多孔介质孔隙率采用密度法进行计算,渗透率采用毛细管模型来确定并结合迭代法思想通过迭代计算得到多孔介质模型的最终参数。为确定所定义多孔介质模型参数的有效性,本文模拟计算工况力求与实测生产车间运行情况一致。计算得到了典型截面和典型直线上的温度、相对湿度、速度矢量分布情况,在此基础上将模拟计算所得温度、相对湿度与实测的温度、相对湿度进行了比较分析,结果表明本文定义的参数所得计算结果与实测结果吻合较好,可以认为模型参数有效。比较了加载多孔介质模型和不加载多孔介质模型时的速度分布差异并分析了造成差异的原因。通过比较有无多孔介质模型时的运算次数,得知在网格数量相同和边界条件相差不大时加载多孔介质模型不会明显增加计算量。