多孔建材內(nèi)甲醛擴散過程的研究.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,對人有強刺激、神經(jīng)傷害和致癌作用,導致室內(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、污染時間長和生物毒性大。因此,理解多孔建材內(nèi)甲醛擴散及散發(fā)規(guī)律,從而有效控制室內(nèi)空氣中甲醛的濃度水平,已成為國內(nèi)外建筑環(huán)境領域的一個研究熱點。本文將對甲醛在多孔建材內(nèi)擴散及溫度耦合下的甲醛傳遞進行研究。
　　 論文首先基于非平衡熱力學理論,對多孔建材內(nèi)甲

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

3、了實際甲醛擴散過程的定解條件;對多孔建材內(nèi)甲醛擴散過程涉及的主要參數(shù)進行了分析研究,討論了溫度場對質(zhì)遷移系數(shù),遷移系數(shù),熱質(zhì)遷移系數(shù)和表觀導熱系數(shù)的影響。
　　 為分析建材孔隙特征及孔隙微觀結構對甲醛擴散過程的影響,建立了甲醛在多孔建材中擴散傳質(zhì)過程的分形模型。利用分形幾何方法描述了多孔建材分形結構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構中擴散方程的理論解；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、孔建材中的擴散過程。模擬結果表明,同類型建材中表面分形維數(shù)增大代表更大的孔道網(wǎng)絡比表面積,直接導致甲醛污染物在其中有效擴散系數(shù)下降；分形子譜維數(shù)用于描述甲醛在多孔建材中擴散過程的動力學特征,體現(xiàn)了多孔建材內(nèi)孔隙結構的連通程度；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散傳質(zhì)現(xiàn)象。
　　 對溫度和甲醛在多孔建材內(nèi)的耦合傳遞過程,采用有限元方法進行了數(shù)值計算。結果表明,當溫度梯度與甲醛濃度梯度方向一致時,傳熱傳質(zhì)相互促進

5、；溫度場穩(wěn)定所需時間遠小于濃度場穩(wěn)定所需時間;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,較大溫度梯度將導致較差室內(nèi)空氣品質(zhì)。當溫度梯度與甲醛濃度梯度方向相反時,傳熱和傳質(zhì)相互削弱；溫度場穩(wěn)定所需時間仍小于濃度場穩(wěn)定所需時間。建材底部加熱耦合間歇通風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,設計并搭建了多孔建材甲

6、醛散發(fā)過程測試試驗臺,對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)過程進行了試驗測定和對比分析。試驗結果表明,各類建材的甲醛擴散系數(shù)均隨溫度的升高而增大,溫度梯度增大導致甲醛散發(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,建材內(nèi)部溫度場達到穩(wěn)定所需時間在30min以內(nèi)；溫度梯度與濃度梯度方向相反時,建材內(nèi)部溫度場達到穩(wěn)定所需時間在180min以上；相同溫度梯度大小下,不同溫