【文章內容簡介】 選取單居室作為研究的對象，考慮到釋放甲醛的家具有很多，比如沙發(fā)、立柜、木質地板、粉刷的墻壁。就采取先單個研究然后再綜合研究的策略。具體實施的步奏如下： （一）建立三維實物模型，選擇合適的湍流封閉模型和基本微分方程的求解河南理工大學本科畢業(yè)論文 通風對室內有害氣體凈化效應 4 方法。主要講解多相流模型和標準 kε湍流模型。 （二）使用 Fluent軟件采用標準的 kε方程和多相流混合模型進行求解 ① 求解在風速為 1m/s時，木質地板散發(fā)的甲醛的濃度分布 ② 求解在風速為 2m/s時，木質地板散發(fā)的甲醛的濃度分布； ③ 求解在風速為 3m/s時，木質地板散發(fā)的甲醛的濃度分布； ④ 求解在風速為 1m/s時，木質地板、沙發(fā)、立柜散發(fā)的甲醛的濃度分布； ⑤ 求解在風速為 2m/s時，木質地板、沙發(fā)、立柜散發(fā)的甲醛的濃度分布； ⑥ 求解在風速為 3m/s時，木質地板、沙發(fā)、立柜散發(fā)的甲醛的濃度分布； （三）比較上述不同情況下，室內甲醛氣體的濃度分布，得出有利于室內甲醛擴散的比較好的風速。 （四）最后，對本文的研究工作進行總結、歸納，并提出需要進一步研究的工作。 河南理工大學本科畢業(yè)論文 通風對室內有害氣體凈化效應 5 2 室內甲醛散發(fā)數(shù)值模擬理論 室內甲醛擴散模擬技術的兩大理論核心是計算流體動力學和數(shù)值分析方法，它是使用一組微分方程描述空間中流體的流動情況，首先對計算區(qū)域進行離散，在此基礎上將 微分方程轉化為代數(shù)方程，求解出微分方程組的數(shù)值解，然后再獲得流場的相關性質。 Reynolds 時均方程 無論湍流是多么復雜，其流動過程仍然由連續(xù)介質力學的幾個基本方程控制。如果忽略大氣的可壓縮性、溫度變化因素以及砌體力的作用，則這些基本方程包括連續(xù)性方程和 NavierStokes方程 [5]，即 0~ ???iixu （ 21） ????????????????????????iiijjiji xuxx pxuutu~~~~~ 1?? （ 22） 式中 iu (i=1,2,3)為 zyx 、 方向的速度分量， p 為壓力， ? 為空氣密度， ? 為氣流的運動粘性系數(shù)，波紋符 ―～ ‖表示瞬時量。 連續(xù)性方程（ 21）是由鈍體空氣動力學的質量守恒方程，假定空氣密度 ? 為常數(shù)得到的，它反映了大氣流動的質量守恒原理。 由于流體內部不同尺度渦旋的隨機運動是造成湍流的一個重要特點，所以湍流運動過程中，在空間任一點的速度和壓力都隨時間不斷的無規(guī)則的變化著。對給定系統(tǒng)的任何兩次測量都不可能 是相同的，但是湍流量的統(tǒng)計平均卻有確定性的規(guī)律可循，平均值在各次試驗中是可重復實現(xiàn)的。因此 Reynolds首先提出將各瞬時量 iu 、 p 分解成平均量 (用大寫字母表示 )和脈動量 (用小寫字母表示 )之和 [6]， 河南理工大學本科畢業(yè)論文 通風對室內有害氣體凈化效應 6 ii uUu ??~ pPp ??~ （ 23） 將式 (23)代入到方程 (21)、 (22)中，并對方程中的每一項作平均化運算可得到平均量的控制方程： iii r e fjj=0+ = + ( ) + ( ): ( )= ( )iijjijjHj j p jjjct j j jUUUUUU Pu u T Tx x x x x xhUhHu h St x x c xCUC u Cu c Sx x c x???? ?? ?????????????? ? ? ?? ? ? ? ? ? ??? ? ?? ? ?? ? ? ??? ? ?? ? ? ?? ? ? ?ij連 續(xù) 方 程 ：動 量 方 程 ： （ u ） +能 量 方 程組 分 方 程 ：ijjix g t 這就是湍流流動的 Reynolds 時均方程，方程中除了脈動量的二階關聯(lián)量 jiuu? 以外，其余在形式上與方程 (21)、 (22)完全相同。二階關聯(lián)項 jiuu? 也稱 Reynolds應力，它代表了脈動速度對平均流動的影響。但是 Reynolds 應力是時均方程組中新出現(xiàn)的未知量，從而使方程的未知量數(shù)目超過了方程數(shù)，這就使得方程不封閉。而解決這一問題的基本方法是對 Reynolds 應力作出假設，即建立湍流封閉模型。把未知的更高階的時間平均值表示成較低階在計算中可以確定的函數(shù)，從而求解平均 SN? 方程 [14]。 湍流封閉模型 建立湍流封閉 模型的方法，大致可分為兩大類：一類是建立在布辛涅斯克渦粘性系數(shù)模型，另一類稱為 Reynolds應力方程模型 (Reynolds Stress Model，即RSM)，它直接建立以 Reynolds應力為因變量的方程式并通過?；刮闪髌骄骺刂品匠探M封閉。 對于布辛涅斯克渦粘性系數(shù)法，首先引入了 Boussinesq假設，仿照層流運動應力，湍流脈動所造成的附加應力也可以同時均的切應變率關聯(lián)起來，湍流脈動所造成的應力可以表示為： iji jjitji xUxUuu ??? 32????????? ??????? （ 24） 河南理工大學本科畢業(yè)論文 通風對室內有害氣體凈化效應 7 式中， t? 是紊流渦粘性系數(shù)， k為紊流動能，表示單位質量流體紊流脈動動能的平均值。 由三維非穩(wěn)態(tài)的 SN? 方程可導出?；蟮?k方程與 ? 方程： ??????? ? ???????????? ?????????? ?????????jijijjjj xUuuxCxxUt 2 (25) ?????????? ???2212 CxUuuCxCxxUt j ijijjjj ???????????? ?????????? ?? ??????? (26) 時均化的連續(xù)性方程， SN? 方程和模型化了的 k方程 (25)、 ? 方程 (26)以及Reynolds應力的渦粘性系數(shù)表達式 (24)組成了標準 kε雙方程模型的封閉的控制方程組 [15]。 利用數(shù)值模擬的方法確定污染物散發(fā)主要基于 VOC 分子從材料中進入空氣的兩個過程： ① 由于濃度差的存在，在材料內部的 VOC 分子擴散； ② 材料跟空氣接觸表面的蒸發(fā)過程。對于地毯等 ―干 ‖性材料，第一個過程其決定作用；而對于剛剛涂刷的油漆涂料等材料等，初試階段的 VOC 散發(fā)由第二種過程起決定作用。由于純粹實驗的復雜性，短期的 VOC 散發(fā)性能研究可以通過實驗與模擬結合來進行，主要利用實驗得到的數(shù)據(jù)，結合通過數(shù)值模擬得到的空氣流速、溫度、濕度等狀態(tài)參數(shù)，共同確定 VOC 散發(fā)的某些特征參數(shù)，如 VOC 在材料內部的初試濃度、擴散系數(shù)等。將這些參數(shù)進一步應用于數(shù)值模擬之中，可以對材料在各種外界條件下的中長期散發(fā)特性做出預估 [16]。 河南理工大學本科畢業(yè)論文 通風對室內有害氣體凈化效應 8 圖 污染物散發(fā)模型示意圖 國外學者已近建立了污染物內部和材料表面污染物的擴散模型。如圖 所示，其中假定污染物在室內空氣中分布均勻，通過空氣邊界層將材料內外耦合。經(jīng)實驗獲得污染源（如地毯、油漆本身）內部的初始濃度 0C 、污染物內部的擴散系數(shù) mD 和兩相（污染源本身固體和室內 氣體）結合面處兩個濃度的平均系數(shù)K（目前都是假定相界面處兩側的濃度成線性關系）。這幾個參數(shù)的獲得一般通過實驗的多次采樣和結合一定假設作 為初 始條件，對數(shù)學模型迭代求解。 VOC 散發(fā)模型通?；谌缦录僭O： 1) 材料內部組成均勻，初始時刻各處濃度相同。 2) 材料內為一維擴散物質。 3) 材料的擴散系數(shù)為常數(shù)。 4) 在固體壁面處， VOC 的濃度服從亨利定律。 數(shù)學表達式為 ： 22( , ) ( , )1mmC x t C x tx D m t????? 00x L, (27) 22 0mCx? ??， 0,xt? 0 (28) , , 0maC K C x L t??= (29) ( ( ) )mm m a a X L cCD h C t C Jx ??? ? ? ?? x = L|| (210) 0 , 0 , 0mC C x L t? ? ? ? (211) 式中， mC 為 VOC 在材料內部的濃度（ μg/m3）； a C 為 VOC 在室內空氣中的濃度（ μg/m3）； mD 為材料內部的 VOC 分子擴散系數(shù)（ m2/s）； K 為界面處的 VOC濃度的平衡系數(shù)； cJ 為固體壁面處的傳質量（ μg/） [17]。 河南理工大學本科畢業(yè)論文 通風對室內有害氣體凈化效應 9 3 模型的建立 室內空氣流動模型的建立 根據(jù)熱工理論基礎，可認為室內空氣滿足氣體狀態(tài)方程，即 P=ρPT 式中， P 為空氣壓力（ Pa）； ρ 為空氣密度（ kg/m）； R 為空氣常數(shù)，約為287J/ (kgK)； T 為空氣熱力學溫度（ K）。 其次，通?？蓪⑹覂瓤諝饬鲃拥膲毫σ暈槌?shù)，于是可得： ρT=常數(shù) 另外，常見的室內環(huán)境中空氣流動基本為低速流動，流速常在 10~20m/s 以下，因此可將室內空氣當作不可壓流體看待，即 0U?? 而且，通風房間內空氣和污染物氣體溫度變化不大，也即密度變化不大，因此可認為室內氣體流動符合 Boussinesq 假設：密度變化并不顯著改變流體性質，動量守恒中，密度的變化對慣性力項、壓力差項和粘性力項的影響可忽略不計，而僅考慮隨質量力項的影響。綜上所述，除了隨質量力項的 考慮之外，室內空氣物性都可以當作常物性看待 [15]。 最后，室內空氣的粘性不可忽略，必須用粘性流體動力學的理論來研究。進一步而言，室內空氣流動通常都是湍流流動，需要相應的湍流理論來模擬。而且，室內空氣流動往往是自然對流和強迫并存的混合