室內(nèi)污染物換氣過程的數(shù)值模擬

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

　　關鍵詞：室內(nèi)污染物 數(shù)值模擬 通風方式

　　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)直接關系到室內(nèi)空氣品質(zhì)，對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、相對濕度和潔凈度是否滿足工作、生活、生產(chǎn)和科學試驗對內(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)設計的重要內(nèi)容。有效地組織通風氣流對于控制室內(nèi)空氣污染物水平，改善室內(nèi)空氣品質(zhì)，實現(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[2]，建立相應的物理和數(shù)學模型，對室內(nèi)污染物的濃度分布進行數(shù)值模擬；并對計算結(jié)果進行了處理，對處理結(jié)果進行分析和比較，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)學模型

　　1.1 物理模型的建立

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

　　1.2 數(shù)學模型的建立

　　邊界條件：對于速度，按照固體壁面無滑移邊界條件處理；對于和則按照壁面函數(shù)法來處理；假設在春秋兩季，室內(nèi)外溫差不大的環(huán)境下，房間維護結(jié)構(gòu)保溫性能良好，壁面按絕熱邊界處理；送風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的均勻網(wǎng)格。對流項和擴散項采用混合格式離散，速度和壓力的耦合采用SIMPLE算法進行求解，動量方程采用交錯網(wǎng)格系統(tǒng)。求解方法采用交替掃描的三對角解法（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。假設僅柱形物體的頂部置有污染物釋放源，釋放強度為常數(shù)：1.0，其它壁面無甲醛釋放。為便于計算將實際污染源轉(zhuǎn)化為離壁距離很?。?00mm）的空氣層中的源項，即，假設該空氣層中存在污染源，其釋放量等于實際污染源的釋放量[5].

　　2.1 模擬結(jié)果分析

　?。╝）y=0.5m處x-z斷面的速度場

　?。╞）x=1.5m處y-z斷面的速度場

　?。╟）z=0.35m處x-y斷面的速度場

　?。╠）y=1.5m處x-z斷面的濃度場

　　2.2 送風速度的影響

　?。╝） 送風速度為0.5m/s時的濃度場

　?。╞） 送風速度為3m/s時的濃度場

　　2.3 通風方式的影響

　　（a） 送風速度為1.0m/s時的速度場

　?。╞） 送風速度為1.0m/s時的濃度場

　　（a） 送風速度為1.0m/s時的速度場

　?。╞） 送風速度為1.0m/s時的濃度場

　　3、結(jié)論

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

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

　　b）應根據(jù)污染源的位置來確定適合的通風方式，異側(cè)送回風對污染物的排出比較有利，并且當排風口靠近污染源時，此時的排放效果更好。

　　參考文獻：

　　[1] 徐麗，翁培奮，孫為民。 三種通風方式的

　　室內(nèi)氣流組織和室內(nèi)空氣品質(zhì)的數(shù)值分析[J]. 空氣動力學學報， 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。 第二版。 西安：西安交通大學出版社，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]. 湖南大學學報， 1999， 26（6）： 65-70

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