多孔建材內(nèi)甲醛擴(kuò)散過(guò)程的研究.pdf

1、密度板、刨花板、木質(zhì)地板等各種建筑及室內(nèi)裝飾裝潢用材料廣泛使用,在室內(nèi)散發(fā)出大量甲醛,對(duì)人有強(qiáng)刺激、神經(jīng)傷害和致癌作用,導(dǎo)致室內(nèi)空氣品質(zhì)低劣。室內(nèi)空氣甲醛污染的特征是污染范圍廣、污染時(shí)間長(zhǎng)和生物毒性大。因此,理解多孔建材內(nèi)甲醛擴(kuò)散及散發(fā)規(guī)律,從而有效控制室內(nèi)空氣中甲醛的濃度水平,已成為國(guó)內(nèi)外建筑環(huán)境領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。本文將對(duì)甲醛在多孔建材內(nèi)擴(kuò)散及溫度耦合下的甲醛傳遞進(jìn)行研究。
　　 論文首先基于非平衡熱力學(xué)理論,對(duì)多孔建材內(nèi)甲

2、醛的熱質(zhì)耦合擴(kuò)散過(guò)程進(jìn)行了熱力學(xué)分析,考慮了溫度梯度引起的傳質(zhì)Soret效應(yīng)和甲醛分壓力梯度引起的傳熱Duffour效應(yīng),建立了建材內(nèi)甲醛擴(kuò)散過(guò)程的傳熱傳質(zhì)耦合模型。該模型中,熱量傳遞機(jī)理在多孔建材內(nèi)由分子導(dǎo)熱熱流和擴(kuò)散對(duì)流熱流組成,在多孔建材表面由與空氣間進(jìn)行的對(duì)流換熱組成；質(zhì)量傳遞機(jī)理在多孔建材內(nèi)部由質(zhì)量對(duì)流和擴(kuò)散組成,在多孔建材表面由對(duì)流傳質(zhì)組成。根據(jù)質(zhì)量守恒和能量守恒原理,建立了溫度場(chǎng)耦合下多孔建材內(nèi)甲醛擴(kuò)散過(guò)程的數(shù)學(xué)模型,給出

3、了實(shí)際甲醛擴(kuò)散過(guò)程的定解條件;對(duì)多孔建材內(nèi)甲醛擴(kuò)散過(guò)程涉及的主要參數(shù)進(jìn)行了分析研究,討論了溫度場(chǎng)對(duì)質(zhì)遷移系數(shù),遷移系數(shù),熱質(zhì)遷移系數(shù)和表觀導(dǎo)熱系數(shù)的影響。
　　 為分析建材孔隙特征及孔隙微觀結(jié)構(gòu)對(duì)甲醛擴(kuò)散過(guò)程的影響,建立了甲醛在多孔建材中擴(kuò)散傳質(zhì)過(guò)程的分形模型。利用分形幾何方法描述了多孔建材分形結(jié)構(gòu)的幾何特征及表面分形維數(shù)；采取分離變量法,得到了甲醛在分形多孔結(jié)構(gòu)中擴(kuò)散方程的理論解；模擬了不同表面分形維數(shù)和分形子譜維數(shù)下甲醛在多

4、孔建材中的擴(kuò)散過(guò)程。模擬結(jié)果表明,同類(lèi)型建材中表面分形維數(shù)增大代表更大的孔道網(wǎng)絡(luò)比表面積,直接導(dǎo)致甲醛污染物在其中有效擴(kuò)散系數(shù)下降；分形子譜維數(shù)用于描述甲醛在多孔建材中擴(kuò)散過(guò)程的動(dòng)力學(xué)特征,體現(xiàn)了多孔建材內(nèi)孔隙結(jié)構(gòu)的連通程度；綜合兩者的作用可以更好地描述甲醛污染物在多孔建材中的擴(kuò)散傳質(zhì)現(xiàn)象。
　　 對(duì)溫度和甲醛在多孔建材內(nèi)的耦合傳遞過(guò)程,采用有限元方法進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算。結(jié)果表明,當(dāng)溫度梯度與甲醛濃度梯度方向一致時(shí),傳熱傳質(zhì)相互促進(jìn)

5、；溫度場(chǎng)穩(wěn)定所需時(shí)間遠(yuǎn)小于濃度場(chǎng)穩(wěn)定所需時(shí)間;溫度梯度和換氣次數(shù)越大,傳熱和傳質(zhì)速率越大；在1h-1換氣次數(shù)下,較大溫度梯度將導(dǎo)致較差室內(nèi)空氣品質(zhì)。當(dāng)溫度梯度與甲醛濃度梯度方向相反時(shí),傳熱和傳質(zhì)相互削弱；溫度場(chǎng)穩(wěn)定所需時(shí)間仍小于濃度場(chǎng)穩(wěn)定所需時(shí)間。建材底部加熱耦合間歇通風(fēng)方式去除多孔建材內(nèi)甲醛更有效,新房入住之前采取該措施,可顯著提高入住后的室內(nèi)空氣品質(zhì)。
　　 此外,本文還考慮兼顧溫度梯度與濃度梯度影響,設(shè)計(jì)并搭建了多孔建材甲

6、醛散發(fā)過(guò)程測(cè)試試驗(yàn)臺(tái),對(duì)不同溫度條件下中密度板、高密度板和刨花板的甲醛散發(fā)過(guò)程進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)定和對(duì)比分析。試驗(yàn)結(jié)果表明,各類(lèi)建材的甲醛擴(kuò)散系數(shù)均隨溫度的升高而增大,溫度梯度增大導(dǎo)致甲醛散發(fā)量顯著增大,但初始可散發(fā)甲醛濃度隨溫度變化趨勢(shì)則因建材不同而有所區(qū)別；溫度梯度與濃度梯度方向相同時(shí),建材內(nèi)部溫度場(chǎng)達(dá)到穩(wěn)定所需時(shí)間在30min以?xún)?nèi)；溫度梯度與濃度梯度方向相反時(shí),建材內(nèi)部溫度場(chǎng)達(dá)到穩(wěn)定所需時(shí)間在180min以上；相同溫度梯度大小下,不同溫