细纱车间大空间气流组织数值模拟的研究

作     者：王熙文 

作者单位：西安工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：颜苏芊

授予年度：2012年

学科分类：08[工学] 081404[工学-供热、供燃气、通风及空调工程] 0814[工学-土木工程] 

主      题：上送侧回气流组织 上送下回气流组织 CFD 细纱车间 热迁移系数 温度场 速度场 

摘      要：纺织工业的细纱车间属于典型的大空间，多热源建筑，其空调系统送风参数随季节和室外温湿度条件的变化而变化，本文以西安某纺织厂细纱车间为例，利用近年来发展迅速的计算流体力学软件CFD（Computational Fluid Dynamics)，分析细纱车间空调系统在采用不同气流组织形式时，工作区内温度场和速度场的变化情况[1]。 本文采用理论分析、数值模拟和实际测试相结合的方法。在理论分析的基础上，提出合理的数值模拟优化方案，并将实测数据和模拟结果进行对比，为纺织厂大空间空调系统的设计提供依据[2]。 对于细纱机在实际运行时，自身的工艺排风会带走部分热量，所以本文在做模拟之前，通过测试与计算确定细纱机的热迁移系数，对细纱机的实际散热量进行确定，为细纱机模型提供发热量的参数。 根据细纱车间气流运动与细纱机热源特点，确定湍流模型为k-ε两方程模型，加入考虑热源浮升力影响的boussinesq假设，和壁面的边界化处理。对模型的建立和网格划分，考虑到细纱机自身存在工艺排风，所以不能简单的以面热源或是实体热源对待，本文提出了将细纱机分为三部分进行建模，上部和下部为实体热源,中部设置为带有工艺排风通道的空心热源，可实现工艺排风和带走机器部分散热的目的。 由于细纱车间空间较大、内部热源多，本文对计算区域进行简化处理，根据车间内设备以及风口布置较为对称，将整个计算区域简化成原来的1/4，降低了计算网格的数量，减少了计算时间。通过模拟对比细纱车间上送侧回与上送下回两种气流组织，结果表明上送侧回气流组织由于回风窗只在车间一侧的墙壁上设置，使得车间内距离回风窗较远处的空气出现回风不利的现象，离回风窗越远余热的堆积现象就与越明显，受回风横向气流的影响车间内的气流较为混乱。上送下回气流组织方式可得到较为稳定的流场，且工作区内的风速、温度都能达到工艺要求。在得出上送下回气流组织流场优越的情况下，进一步分析不同送风温度、送风速度下车间内的温度场和速度场的变化情况，为细纱车间空调送风量随不同季节和室外温湿度条件的变化提供参考依据。 最后以西安某纺织厂细纱车间为测试对象，实地测试工作区内的温度值、速度值，与模拟结果进行对比。结果表明除个别测点位置与模拟位置存在偏差，使模拟结果与测试结果有较大差异外，其他测点的实测值都与模拟值较为接近，验证了建立物理模型的正确性与数学模拟分析方法的可靠性。并将改进后的上送侧回气流组织方案工作区内的流场情况与前期设计模拟结果进行对比，得出在适当加大送风量、减小送风口尺寸、增加送风口数量情况下，使送风口在工作区内的覆盖面积加大，可更有效地控制工作区内的温度。