交叉耦合及壁面多孔效應(yīng)對(duì)室內(nèi)有機(jī)污染物傳熱傳質(zhì)影響的研究.pdf

1、現(xiàn)代建筑的服務(wù)理念是為人們提供一個(gè)安全、衛(wèi)生、舒適的室內(nèi)環(huán)境，然而近年來，隨著裝飾裝修熱潮和室內(nèi)設(shè)施現(xiàn)代化的興起，良莠不齊的建筑材料、裝飾裝修材料進(jìn)駐室內(nèi)，使得室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)污染物(VolatileOrganicCompounds，VOCs)濃度大大提高，由此導(dǎo)致“病態(tài)建筑綜合癥”的患者越來越多。專家認(rèn)為繼“煤煙型污染”和“光化學(xué)煙霧型污染”之后，已經(jīng)進(jìn)入以“室內(nèi)空氣污染”為標(biāo)志的第三污染期。因此，了解和掌握室內(nèi)各種污染物的擴(kuò)散機(jī)理，對(duì)

2、指導(dǎo)實(shí)際工程和改善室內(nèi)空氣品質(zhì)提供相應(yīng)的理論依據(jù)。 室內(nèi)的溫度和濕度以及散發(fā)表面的多孔介質(zhì)都對(duì)空氣中VOCs的擴(kuò)散和傳播有顯著的影響，然而以往的研究大部分局限于其中一種因素。本文采用理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，考慮了壁面多孔效應(yīng)和交叉耦合擴(kuò)散效應(yīng)的影響，重點(diǎn)討論室內(nèi)空氣中溫度梯度、水蒸氣濃度梯度和VOCs濃度梯度共存時(shí)，室內(nèi)VOCs對(duì)流擴(kuò)散的基本規(guī)律。以非平衡統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)和不可逆過程熱力學(xué)為依據(jù)，在溫度梯度、水蒸氣

3、濃度梯度和VOCs濃度梯度共存時(shí)，考慮到多浮升力、多物理場(chǎng)交叉耦合擴(kuò)散效應(yīng)和壁面多孔效應(yīng)的影響，建立了室內(nèi)VOCs自然對(duì)流傳遞的數(shù)學(xué)模型，并用有限元法對(duì)無量綱控制方程進(jìn)行離散和求解。 在多物理場(chǎng)(溫度場(chǎng)、水蒸氣濃度場(chǎng)和VOCs濃度場(chǎng))共存的情況下，對(duì)不同的工況進(jìn)行模擬計(jì)算和分析，得出了壁面多孔效應(yīng)及交叉耦合效應(yīng)對(duì)傳熱傳質(zhì)影響的基本規(guī)律，展示了流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、水蒸氣濃度場(chǎng)和VOCs濃度場(chǎng)隨多孔介質(zhì)壁面厚度d、熱瑞利數(shù)Ra、綜合浮力

4、比N、VOCs劉易斯數(shù)Lec等變量的變化情況，探討了達(dá)西數(shù)Da、熱附加擴(kuò)散效應(yīng)準(zhǔn)則數(shù)STC、擴(kuò)散附加熱效應(yīng)準(zhǔn)則數(shù)DCT和質(zhì)附加擴(kuò)散效應(yīng)準(zhǔn)則數(shù)GHC等系數(shù)對(duì)多孔壁面上的熱質(zhì)傳遞擴(kuò)散的影響規(guī)律。 通過對(duì)多物理場(chǎng)腔體內(nèi)多孔壁面上熱質(zhì)傳遞的研究，發(fā)現(xiàn)達(dá)西數(shù)Da對(duì)室內(nèi)VOCs的散發(fā)有重要的影響，較小的Da對(duì)VOCs的散發(fā)和擴(kuò)散有顯著的阻礙作用；綜合浮力比Ⅳ對(duì)流動(dòng)特征有顯著地影響，主導(dǎo)著溫度場(chǎng)、水蒸氣濃度場(chǎng)和VOCs濃度場(chǎng)的分布特征，直接

5、影響室內(nèi)的空氣品質(zhì)；復(fù)雜的交叉耦合效應(yīng)對(duì)多孔壁面上熱質(zhì)傳遞的影響規(guī)律與N的取值有關(guān)，本文詳細(xì)分析了交叉耦合效應(yīng)在N取不同值的情況下對(duì)多孔壁面上傳熱傳質(zhì)的影響機(jī)理。 本文在理論分析和數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，以濃度為1.8％異丁烷作為污染物氣體的替代氣體進(jìn)行了交叉耦合擴(kuò)散效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)表明傳質(zhì)舍伍德數(shù)不僅與濃度梯度有關(guān)，還受到溫度梯度的影響，即熱附加擴(kuò)散效應(yīng)對(duì)傳質(zhì)有一定影響。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步搭建了多組分對(duì)流擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)臺(tái)，選用0.5％

6、的丙烷作為污染物的替代氣體，在實(shí)驗(yàn)測(cè)試小室水平方向上施加溫度梯度、丙烷濃度梯度和水蒸氣濃度梯度，測(cè)得小室內(nèi)的溫度、濕度和氣體污染物濃度的分布，獲得了實(shí)驗(yàn)研究的多物理場(chǎng)自然對(duì)流傳熱傳質(zhì)規(guī)律。與數(shù)值模擬結(jié)果比較，發(fā)現(xiàn)二者吻合較好。 多物理場(chǎng)中的傳熱傳質(zhì)影響因素眾多，規(guī)律較為復(fù)雜，傳熱與傳質(zhì)相互影響且存在強(qiáng)烈的非線性耦合作用，本文重點(diǎn)研究了各個(gè)因素的影響特性，得到了多物理場(chǎng)中各控制參數(shù)對(duì)傳熱傳質(zhì)的影響規(guī)律，為研究多物理場(chǎng)中的熱質(zhì)傳遞