交叉耦合及壁面多孔效應對室內(nèi)有機污染物傳熱傳質(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、裝飾裝修材料進駐室內(nèi)，使得室內(nèi)揮發(fā)性有機污染物(VolatileOrganicCompounds，VOCs)濃度大大提高，由此導致“病態(tài)建筑綜合癥”的患者越來越多。專家認為繼“煤煙型污染”和“光化學煙霧型污染”之后，已經(jīng)進入以“室內(nèi)空氣污染”為標志的第三污染期。因此，了解和掌握室內(nèi)各種污染物的擴散機理，對

2、指導實際工程和改善室內(nèi)空氣品質(zhì)提供相應的理論依據(jù)。 室內(nèi)的溫度和濕度以及散發(fā)表面的多孔介質(zhì)都對空氣中VOCs的擴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)值模擬和實驗研究相結(jié)合的方法，考慮了壁面多孔效應和交叉耦合擴散效應的影響，重點討論室內(nèi)空氣中溫度梯度、水蒸氣濃度梯度和VOCs濃度梯度共存時，室內(nèi)VOCs對流擴散的基本規(guī)律。以非平衡統(tǒng)計熱力學和不可逆過程熱力學為依據(jù)，在溫度梯度、水蒸氣

3、濃度梯度和VOCs濃度梯度共存時，考慮到多浮升力、多物理場交叉耦合擴散效應和壁面多孔效應的影響，建立了室內(nèi)VOCs自然對流傳遞的數(shù)學模型，并用有限元法對無量綱控制方程進行離散和求解。 在多物理場(溫度場、水蒸氣濃度場和VOCs濃度場)共存的情況下，對不同的工況進行模擬計算和分析，得出了壁面多孔效應及交叉耦合效應對傳熱傳質(zhì)影響的基本規(guī)律，展示了流場、溫度場、水蒸氣濃度場和VOCs濃度場隨多孔介質(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，探討了達西數(shù)Da、熱附加擴散效應準則數(shù)STC、擴散附加熱效應準則數(shù)DCT和質(zhì)附加擴散效應準則數(shù)GHC等系數(shù)對多孔壁面上的熱質(zhì)傳遞擴散的影響規(guī)律。 通過對多物理場腔體內(nèi)多孔壁面上熱質(zhì)傳遞的研究，發(fā)現(xiàn)達西數(shù)Da對室內(nèi)VOCs的散發(fā)有重要的影響，較小的Da對VOCs的散發(fā)和擴散有顯著的阻礙作用；綜合浮力比Ⅳ對流動特征有顯著地影響，主導著溫度場、水蒸氣濃度場和VOCs濃度場的分布特征，直接

5、影響室內(nèi)的空氣品質(zhì)；復雜的交叉耦合效應對多孔壁面上熱質(zhì)傳遞的影響規(guī)律與N的取值有關(guān)，本文詳細分析了交叉耦合效應在N取不同值的情況下對多孔壁面上傳熱傳質(zhì)的影響機理。 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行了交叉耦合擴散效應的實驗研究。實驗表明傳質(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，即熱附加擴散效應對傳質(zhì)有一定影響。在此基礎(chǔ)上進一步搭建了多組分對流擴散實驗臺，選用0.5％

6、的丙烷作為污染物的替代氣體，在實驗測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，獲得了實驗研究的多物理場自然對流傳熱傳質(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。 多物理場中的傳熱傳質(zhì)影響因素眾多，規(guī)律較為復雜，傳熱與傳質(zhì)相互影響且存在強烈的非線性耦合作用，本文重點研究了各個因素的影響特性，得到了多物理場中各控制參數(shù)對傳熱傳質(zhì)的影響規(guī)律，為研究多物理場中的熱質(zhì)傳遞