室內(nèi)污染物換氣過(guò)程的數(shù)值模擬

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摘要：利用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）方法模擬了不同通風(fēng)方式和不同送風(fēng)速度下室內(nèi)污染物的濃度分布。模擬和分析結(jié)果表明，適當(dāng)?shù)乃惋L(fēng)速度可以有效的降低室內(nèi)污染物的濃度；通風(fēng)方式應(yīng)與污染源的位置相適應(yīng)，異側(cè)送回風(fēng)對(duì)污染物的排出比較有利。

　　關(guān)鍵詞：室內(nèi)污染物 數(shù)值模擬 通風(fēng)方式

　　Abstract：The concentration distribution of indoor pollutant under different ventilation patterns and different velocity of supplying wind is simulated using the method of computational fluid dynamics （CFD）。The result of the simulation and analysis indicate that： the concentration of indoor pollutant can be reduced effectively using suitable velocity of supplying wind； the ventilation pattern should be accorded with the position of the pollutant source， moreover， supplying and returning wind from different sides is good for venting pollutant.

　　Keywords：indoor pollutant； numerical simulation， ventilation pattern

　　引言

　　室內(nèi)空間存在著各種污染物，這些物質(zhì)直接關(guān)系到室內(nèi)空氣品質(zhì)，對(duì)人體健康和舒適性有著重要的影響。污染源空間分布、污染物釋放強(qiáng)度、氣流組織是影響室內(nèi)污染物分布的主要因素，其中氣流組織的狀況決定著室內(nèi)空氣的溫度、相對(duì)濕度和潔凈度是否滿足工作、生活、生產(chǎn)和科學(xué)試驗(yàn)對(duì)內(nèi)部空氣環(huán)境的要求，因此空調(diào)房間的氣流組織是空調(diào)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。有效地組織通風(fēng)氣流對(duì)于控制室內(nèi)空氣污染物水平，改善室內(nèi)空氣品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)健康建筑、健康舒適性空調(diào)有著重要的意義[1].

　　本文利用CFD技術(shù)[2]，建立相應(yīng)的物理和數(shù)學(xué)模型，對(duì)室內(nèi)污染物的濃度分布進(jìn)行數(shù)值模擬；并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了處理，對(duì)處理結(jié)果進(jìn)行分析和比較，探求快速疏散和排出室內(nèi)污染物的合理氣流組織方法。

　　1、數(shù)學(xué)模型

　　1.1 物理模型的建立

　　本文采用的房間模型，布置一個(gè)送風(fēng)口和一個(gè)回風(fēng)口，尺寸均為，見(jiàn)圖1.送風(fēng)口位于側(cè)墻下部，送風(fēng)速度為1，回風(fēng)口位于房間的頂部。在房間正中有一柱形物體，尺寸為。柱體頂部有一個(gè)污染源，散發(fā)速度為1.0.

　　1.2 數(shù)學(xué)模型的建立

　　邊界條件：對(duì)于速度，按照固體壁面無(wú)滑移邊界條件處理；對(duì)于和則按照壁面函數(shù)法來(lái)處理；假設(shè)在春秋兩季，室內(nèi)外溫差不大的環(huán)境下，房間維護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能良好，壁面按絕熱邊界處理；送風(fēng)口采用速度入口邊界條件（velocity-inlet）；出口邊界采用齊次Neumann條件處理[4].

　　基于以上的模型和邊界條件，采用有限容積法離散控制方程，網(wǎng)格采用基于直角坐標(biāo)的均勻網(wǎng)格。對(duì)流項(xiàng)和擴(kuò)散項(xiàng)采用混合格式離散，速度和壓力的耦合采用SIMPLE算法進(jìn)行求解，動(dòng)量方程采用交錯(cuò)網(wǎng)格系統(tǒng)。求解方法采用交替掃描的三對(duì)角解法（TDMA）。

　　2、模擬結(jié)果分析與討論

　　本文模擬以甲醛為代表的室內(nèi)污染物的穩(wěn)態(tài)濃度分布。假設(shè)僅柱形物體的頂部置有污染物釋放源，釋放強(qiáng)度為常數(shù)：1.0，其它壁面無(wú)甲醛釋放。為便于計(jì)算將實(shí)際污染源轉(zhuǎn)化為離壁距離很小（100mm）的空氣層中的源項(xiàng)，即，假設(shè)該空氣層中存在污染源，其釋放量等于實(shí)際污染源的釋放量[5].

　　2.1 模擬結(jié)果分析

　　（a）y=0.5m處x-z斷面的速度場(chǎng)

　?。╞）x=1.5m處y-z斷面的速度場(chǎng)

　　（c）z=0.35m處x-y斷面的速度場(chǎng)

　?。╠）y=1.5m處x-z斷面的濃度場(chǎng)

　　2.2 送風(fēng)速度的影響

　　（a） 送風(fēng)速度為0.5m/s時(shí)的濃度場(chǎng)

　?。╞） 送風(fēng)速度為3m/s時(shí)的濃度場(chǎng)

　　2.3 通風(fēng)方式的影響

　　（a） 送風(fēng)速度為1.0m/s時(shí)的速度場(chǎng)

　?。╞） 送風(fēng)速度為1.0m/s時(shí)的濃度場(chǎng)

　?。╝） 送風(fēng)速度為1.0m/s時(shí)的速度場(chǎng)

　?。╞） 送風(fēng)速度為1.0m/s時(shí)的濃度場(chǎng)

　　3、結(jié)論

　　以上的數(shù)值模擬分析比較了不同通風(fēng)方式和不同送風(fēng)速度下室內(nèi)污染物的濃度分布規(guī)律，可以得出以下主要結(jié)論：

　　a）在同種通風(fēng)方式下，采用自然通風(fēng)或全新風(fēng)的通風(fēng)方式，并增大送風(fēng)速度，可以有效的降低室內(nèi)污染物的濃度。

　　b）應(yīng)根據(jù)污染源的位置來(lái)確定適合的通風(fēng)方式，異側(cè)送回風(fēng)對(duì)污染物的排出比較有利，并且當(dāng)排風(fēng)口靠近污染源時(shí)，此時(shí)的排放效果更好。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 徐麗，翁培奮，孫為民。 三種通風(fēng)方式的

　　室內(nèi)氣流組織和室內(nèi)空氣品質(zhì)的數(shù)值分析[J]. 空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào)， 2003， 21（3）： 311-319

　　[2] LAUNDER B E and RODI W. The turbulent wall jet-measurements and modeling [J] . Annual Review of Fluid Mechanics 1983， 15， 429-459

　　[3] 陶文銓。 數(shù)值傳熱學(xué)。 第二版。 西安：西安交通大學(xué)出版社，2001. 181，350

　　[4] 鄧啟紅，湯廣發(fā)。 SIMPLE算法中壓力修正方程邊界條件確定新探索[J]. 湖南大學(xué)學(xué)報(bào)， 1999， 26（6）： 65-70

　　[5] 劉玉峰，徐永清。房間氣流組織對(duì)污染物空間分布的影響[J]. 山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)， 2004， 23（2）： 104-107