【正文】 計(jì)算殘差項(xiàng)目 計(jì)算殘差設(shè)置 continuity 1e4 xvelocity 1e4 y velocity 1e4 z velocity 1e4 energy 1e6 k 1e4 epsilon 1e4 （ 6） 邊界條件的設(shè)置 表 Fluent 里面邊界條件的設(shè)置 邊界名稱 邊界類型 進(jìn)風(fēng)口 速度入口（ velocityinlet） 木質(zhì)地板 速度入口（ velocityinlet） 沙發(fā)、立柜 速度入口（ velocityinlet） 回風(fēng)口 速度出口（ outlet） 影響甲醛分布的因素有很多，包括送回風(fēng)口的形式、位置、規(guī)格、數(shù)量；送風(fēng)口的風(fēng)速、風(fēng)量、入口溫度、室內(nèi)熱源、房間幾何形狀以及具體房間的功能等等，本節(jié)主要研究 影響臥室內(nèi)通風(fēng)速度的主要因素：不同風(fēng)速的改變對(duì)甲醛濃度場(chǎng)的影響。 據(jù)以上算法，再結(jié)合前述的代數(shù)方程求解方法，就可以對(duì)室內(nèi)空氣流動(dòng)和換熱、傳熱的離散方程進(jìn)行求解，獲得需要的場(chǎng)分布情況 [19]?；趬毫π拚乃惴ň褪侵?SIMPLE 算法了：壓力耦合的半隱式。為了解決這個(gè)問(wèn)題， Spalding 和Patankar 等人提出了交錯(cuò)網(wǎng)格（ Staggered Grid）的概念，就是對(duì)于動(dòng)量方程，其控制體比其他方程的控制體錯(cuò)移半個(gè)網(wǎng)格，也 就是對(duì)于速度變量 U、 V、 W，其控制體比其他變量的控制體（溫度、濃度等）在該速度方向上錯(cuò)移半格。為此，形成了一系列算法，而最具代表性、應(yīng)用的最為廣泛的就是 SIMPLE 算法了。本文所采用的方法為迭代解法，下面就詳細(xì)講解迭代解法的原理及過(guò)程： 通過(guò)前面的講解可知，控制流體流動(dòng)和傳熱的微分方程都是非線性的，離散方程的系數(shù)本身就是所求解變量的函數(shù)，因此求解過(guò)程本身就是迭代性質(zhì)的：先假定一個(gè)未知量場(chǎng)，據(jù)此計(jì)算離散方程的系數(shù)，然后求解方程獲得改進(jìn)值 ，利用改進(jìn)值再計(jì)算離散方程系數(shù)，再計(jì)算獲得新的改進(jìn)值，如此反復(fù)循環(huán)，直至獲得最終的收斂值。常見(jiàn)的求解方法有兩種：一 、 直接求解法。然后就是設(shè)置窗口為進(jìn)風(fēng)的速度入口邊界（ intlet），門為 速度出口邊界（ outlet），其他墻壁均為 wall。然后就是設(shè)置窗口為風(fēng)的速度入口邊界（ intlet），門為速度出口邊界（ outlet），其他墻壁均為 wall。也可以根據(jù)質(zhì)量流量與密度的轉(zhuǎn)換關(guān)系 m=ρVnA，可以根據(jù)質(zhì)量流量求得速度，因此亦可設(shè)置污染物為速度入口邊界。下圖是直接對(duì)房間這個(gè)體劃分網(wǎng)格的，本文 設(shè)置的 interval size 為 ，足以保證網(wǎng)格足夠細(xì)。網(wǎng)格劃分可以先對(duì)邊進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后是面，再 是體；也可以直接對(duì)體或者面進(jìn)行網(wǎng)格劃分。模型如下圖 31 所示 圖 標(biāo)準(zhǔn)單間幾何模型設(shè)計(jì)圖 圖 是放置了沙發(fā)立柜的三維立體房間圖 。 綜上所述，室內(nèi)氣體流動(dòng)的物理模型可總結(jié)如下 ： 1) 常溫、低速、密度不變、不可壓流體流動(dòng)； 2) 符合氣體狀態(tài)方程的等壓流動(dòng) ； 3) 符合 Boussinesq 假設(shè)； 4) 自然對(duì)流下的湍流流動(dòng)。當(dāng)然，也存在通風(fēng)時(shí)的等溫強(qiáng)迫對(duì)流動(dòng) [18]。進(jìn)一步而言，室內(nèi)空氣流動(dòng)通常都是湍流流動(dòng)，需要相應(yīng)的湍流理論來(lái)模擬。綜上所述，除了隨質(zhì)量力項(xiàng)的 考慮之外，室內(nèi)空氣物性都可以當(dāng)作常物性看待 [15]。 其次，通常可將室內(nèi)空氣流動(dòng)的壓力視為常數(shù)，于是可得： ρT=常數(shù) 另外，常見(jiàn)的室內(nèi)環(huán)境中空氣流動(dòng)基本為低速流動(dòng)，流速常在 10~20m/s 以下，因此可將室內(nèi)空氣當(dāng)作不可壓流體看待，即 0U?? 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 通風(fēng)對(duì)室內(nèi)有害氣體凈化效應(yīng) 9 3 模型的建立 室內(nèi)空氣流動(dòng)模型的建立 根據(jù)熱工理論基礎(chǔ)，可認(rèn)為室內(nèi)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/ (kg 數(shù)學(xué)表達(dá)式為 ： 22( , ) ( , )1mmC x t C x tx D m t????? 3) 材料的擴(kuò)散系數(shù)為常數(shù)。 VOC 散發(fā)模型通?；谌缦录僭O(shè)： 1) 材料內(nèi)部組成均勻，初始時(shí)刻各處濃度相同。經(jīng)實(shí)驗(yàn)獲得污染源（如地毯、油漆本身）內(nèi)部的初始濃度 0C 、污染物內(nèi)部的擴(kuò)散系數(shù) mD 和兩相（污染源本身固體和室內(nèi) 氣體）結(jié)合面處兩個(gè)濃度的平均系數(shù)K（目前都是假定相界面處兩側(cè)的濃度成線性關(guān)系）。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 通風(fēng)對(duì)室內(nèi)有害氣體凈化效應(yīng) 8 圖 污染物散發(fā)模型示意圖 國(guó)外學(xué)者已近建立了污染物內(nèi)部和材料表面污染物的擴(kuò)散模型。由于純粹實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜性，短期的 VOC 散發(fā)性能研究可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)合來(lái)進(jìn)行，主要利用實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，結(jié)合通過(guò)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(nèi)部的初試濃度、擴(kuò)散系數(shù)等。 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(jìn)入空氣的兩個(gè)過(guò)程： ① 由于濃度差的存在，在材料內(nèi)部的 VOC 分子擴(kuò)散； ② 材料跟空氣接觸表面的蒸發(fā)過(guò)程。 對(duì)于布辛涅斯克渦粘性系數(shù)法，首先引入了 Boussinesq假設(shè)，仿照層流運(yùn)動(dòng)應(yīng)力，湍流脈動(dòng)所造成的附加應(yīng)力也可以同時(shí)均的切應(yīng)變率關(guān)聯(lián)起來(lái)，湍流脈動(dòng)所造成的應(yīng)力可以表示為： iji jjitji xUxUuu ??? 32????????? ??????? （ 24） 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 通風(fēng)對(duì)室內(nèi)有害氣體凈化效應(yīng) 7 式中， t? 是紊流渦粘性系數(shù)， k為紊流動(dòng)能，表示單位質(zhì)量流體紊流脈動(dòng)動(dòng)能的平均值。把未知的更高階的時(shí)間平均值表示成較低階在計(jì)算中可以確定的函數(shù)，從而求解平均 SN? 方程 [14]。但是 Reynolds 應(yīng)力是時(shí)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(guò)了方程數(shù)，這就使得方程不封閉。因此 Reynolds首先提出將各瞬時(shí)量 iu 、 p 分解成平均量 (用大寫字母表示 )和脈動(dòng)量 (用小寫字母表示 )之和 [6]， 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 通風(fēng)對(duì)室內(nèi)有害氣體凈化效應(yīng) 6 ii uUu ??~ pPp ??~ （ 23） 將式 (23)代入到方程 (21)、 (22)中，并對(duì)方程中的每一項(xiàng)作平均化運(yùn)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(dòng) 量 方 程 ： （ u ） +能 量 方 程組 分 方 程 ：ijjix g t 這就是湍流流動(dòng)的 Reynolds 時(shí)均方程，方程中除了脈動(dòng)量的二階關(guān)聯(lián)量 jiuu? 以外，其余在形式上與方程 (21)、 (22)完全相同。 由于流體內(nèi)部不同尺度渦旋的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)是造成湍流的一個(gè)重要特點(diǎn)，所以湍流運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，在空間任一點(diǎn)的速度和壓力都隨時(shí)間不斷的無(wú)規(guī)則的變化著。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(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)，波紋符 ―～ ‖表示瞬時(shí)量。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 通風(fēng)對(duì)室內(nèi)有害氣體凈化效應(yīng) 5 2 室內(nèi)甲醛散發(fā)數(shù)值模擬理論 室內(nèi)甲醛擴(kuò)散模擬技術(shù)的兩大理論核心是計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)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(dòng)情況，首先對(duì)計(jì)算區(qū)域進(jìn)行離散，在此基礎(chǔ)上將 微分方程轉(zhuǎn)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(chǎng)的相關(guān)性質(zhì)。 （二）使用 Fluent軟件采用標(biāo)準(zhǔn)的 kε方程和多相流混合模型進(jìn)行求解 ① 求解在風(fēng)速為 1m/s時(shí)，木質(zhì)地板散發(fā)的甲醛的濃度分布 ② 求解在風(fēng)速為 2m/s時(shí)，木質(zhì)地板散發(fā)的甲醛的濃度分布； ③ 求解在風(fēng)速為 3m/s時(shí)，木質(zhì)地板散發(fā)的甲醛的濃度分布； ④ 求解在風(fēng)速為 1m/s時(shí)，木質(zhì)地板、沙發(fā)、立柜散發(fā)的甲醛的濃度分布； ⑤ 求解在風(fēng)速為 2m/s時(shí)，木質(zhì)地板、沙發(fā)、立柜散發(fā)的甲醛的濃度分布； ⑥ 求解在風(fēng)速為 3m/s時(shí)，木質(zhì)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(nèi)甲醛氣體的濃度分布，得出有利于室內(nèi)甲醛擴(kuò)散的比較好的風(fēng)速。具體實(shí)施的步奏如下： （一）建立三維實(shí)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(xué)本科畢業(yè)論文 通風(fēng)對(duì)室內(nèi)有害氣體凈化效應(yīng) 4 方法。 選取單居室作為研究的對(duì)象，考慮到釋放甲醛的家具有很多，比如沙發(fā)、立柜、木質(zhì)地板、粉刷的墻壁。據(jù)統(tǒng)計(jì)人們有 80％的時(shí)間生活工作都在室內(nèi)，隨著社會(huì)發(fā)展和人們生活水平的提高，工作居住環(huán)境不斷改善，許多建筑物都進(jìn)行了高級(jí)裝修，而這些高級(jí)裝修建材中就含有大量的有毒物質(zhì)，它們種類繁多，分布廣泛，其中含量最多的、最有代表性的是甲醛 [13]。 人們現(xiàn)在都非常重視環(huán)境問(wèn)題，因?yàn)榄h(huán)境直接影響人類的生存與發(fā)展。它可以模擬室內(nèi)空氣中氣流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和污染物在空氣中的分布狀況，使研究人員更深刻地認(rèn)識(shí)室內(nèi)污染物的分布規(guī)律。結(jié)果表明 :置換通風(fēng)在溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)、污染物濃度場(chǎng)、通風(fēng)效率及人體熱舒適性等方面均優(yōu)于混合通風(fēng)的幾種氣流組織形式 [12]。 胡平放等以計(jì)算流體力學(xué)和傳熱學(xué)為基礎(chǔ)，利用 FLUENT 軟件建立了四種典型氣流組織形式的物理及數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用 kε模型對(duì)室內(nèi)氣流組織進(jìn)行了三維數(shù)值模擬。分析了香料污染物產(chǎn)生的根源和擴(kuò)散特性 ， 制定了分區(qū)