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人造板车间内甲醛的数值模拟与健康评估

作　者: 贺德军
导　师: 张泉；张国强
学　校: 湖南大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 人造板挥发性有机化合物节能风险评估计算流体力学
分类号: R134
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着我国经济的快速发展,建筑行业、室内装修行业等对人造板的需求迅速增长,各种类型人造板的产量逐年激增。由于人造板生产过程中产生大量的VOC,人造板生产车间内的空气品质十分恶劣,有测试结果表明,车间内空气中污染物严重超标,有些区域甲醛浓度超标6倍之多。为了研究通风对车间甲醛浓度分布的影响,本文利用商业CFD软件对国内某人造板生产车间进行数值模拟。本文采用了现场测试、调查和CFD模拟相结合的研究方法。通过现场测量和查阅图纸得到了车间的简化物理模型；测试了车间甲醛浓度,空气温湿度,风速,板坯表面温度从而确定了模拟的边界条件。由于车间被分成了多个区域,采用分步模拟的方法来解决CFD软件只能模拟一个区域的限制。该车间为人造板的热压工艺车间,车间整个排风系统包括两套排风系统。由于热压段产生大量VOC导致此处甲醛浓度为车间最高,所以热压段设有一套局部排风系统,而另一套排风系统安装在车间屋顶。车间额定生产速率是30m3/h,假定生产速率依次减小为22.5m3/h,15m3/h,7.5m3/h。本文对以下两种情况进行了模拟：1.板材生产速率逐渐减低时,而局部排风与屋顶排风系统风量均不变的情况；2.板材生产速率逐渐减低时,屋顶通风系统风量不变,在保证室内空气品质不降低的前提下,减小局部通风系统风量的情况。模拟1结果表明：随着生产速率的下降,热压段及主要工作区的甲醛浓度均下降,但是甲醛浓度下降速度不及生产速率下降快；同时局部排风排除甲醛的比例逐渐下降,相应的屋顶排风系统排除甲醛的比例逐渐上升。模拟2结果表明：当生产速率为22.5m3/h时,为了保证车间空气质量,局部排风系统风量不应减小；当生产率为15m3/h时,通过减小局部通风系统,可以使车间整个排风系统节能39.5%；当生产率为7.5m3/h时,通过减小局部通风系统,可以使车间整个排风系统节能65.52%。从模拟结果可知,生产速率下降时,在保证车间内空气质量不下降的前提下,可以适当减小局部排风系统风量,从而达到节能的目的。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-23
  1.1 课题背景  11-14
    1.1.1 人造板行业的发展情况  11-12
    1.1.2 室内空气品质现状  12-14
  1.2 研究现状分析及综述  14-20
    1.2.1 建材散发模型研究  14-17
    1.2.2 建材散发实验装置研究  17-20
  1.3 本文的主要工作  20-21
    1.3.1 板材生产工艺中VOC散发研究  20
    1.3.2 对人造板厂进行测试  20
    1.3.3 对车间甲醛进行CFD模拟  20
    1.3.4 环境评估与节能优化  20-21
    1.3.5 CFD模拟计算流程  21
  1.4 本章小结  21-23
第2章 CFD模拟方法介绍  23-31
  2.1 GAMBIT软件  23-24
    2.1.1 GAMBIT软件简介  23
    2.1.2 网格类型  23-24
  2.2 FLUENT软件  24-29
    2.2.1 FLUENT软件简介  24-25
    2.2.2 FLUENT基本物理模型  25
    2.2.3 FLUENT基本控制方程  25-28
    2.2.4 控制方程的计算方法  28-29
  2.3 TECPLOT软件  29-30
    2.3.1 TECPLOT软件简介  29
    2.3.2 TECPLOT基本功能  29-30
  2.4 本章小结  30-31
第3章人造板车间现场测试  31-45
  3.1 人造板厂基本情况  31-32
  3.2 人造板生产过程中污染物散发  32-35
    3.2.1 干燥(Drying)过程中VOC散发  32-33
    3.2.2 热压(Hot Pressing)过程中VOC散发  33-34
    3.2.3 其它生产过程中VOC散发  34-35
  3.3 热压参数对VOC散发的影响  35-38
    3.3.1 热压温度对VOC散发的影响  35-36
    3.3.2 板坯湿度对VOC散发的影响  36-37
    3.3.3 热压时间对VOC散发的影响  37
    3.3.4 热压树脂常数对VOC散发的影响  37-38
    3.3.5 人造板密度对VOC散发的影响  38
  3.4 人造板厂净化系统简介  38-39
  3.5 现场测试及问卷调查  39-44
    3.5.1 主要检测仪器介绍  39-42
    3.5.2 车间现场测试及问卷调查  42-44
  3.6 本章小结  44-45
第4章人造板车间数值模拟  45-58
  4.1 车间几何建模及网格划分  45-47
    4.1.1 车间物理模型  45
    4.1.2 车间网格划分  45-47
  4.2 FLUENT模拟计算  47-50
    4.2.1 边界条件的确定  47
    4.2.2 车间通风系统  47-49
    4.2.3 UDS(甲醛)扩散系数  49-50
  4.3 FLUENT模拟一  50-53
    4.3.1 模拟工况设定  50-51
    4.3.2 模拟一结果  51-53
  4.4 FLUENT模拟二  53-55
    4.4.1 模拟工况设定  54
    4.4.2 模拟二结果  54-55
  4.5 通风系统节能效率  55-56
  4.6 本章小结  56-58
第5章车间员工健康风险评估  58-64
  5.1 健康风险评估基本模型  58-61
    5.1.1 健康风险评估的组成  58-59
    5.1.2 健康风险计算  59-61
  5.2 车间工人健康风险评估  61-62
    5.2.1 模拟一健康风险评估  61-62
    5.2.2 模拟二健康风险评估  62
  5.3 本章小结  62-64
结论  64-66
参考文献  66-70
致谢  70-71
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文  71

人造板车间内甲醛的数值模拟与健康评估

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