室内污染物换气过程的数值模拟

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摘要：利用计算流体力学（CFD）方法模拟了不同通风方式和不同送风速度下室内污染物的浓度分布。模拟和分析结果表明，适当的送风速度可以有效的降低室内污染物的浓度；通风方式应与污染源的位置相适应，异侧送回风对污染物的排出比较有利。

　　关键词：室内污染物 数值模拟 通风方式

　　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

　　室内空间存在着各种污染物，这些物质直接关系到室内空气品质，对人体健康和舒适性有着重要的影响。污染源空间分布、污染物释放强度、气流组织是影响室内污染物分布的主要因素，其中气流组织的状况决定着室内空气的温度、相对湿度和洁净度是否满足工作、生活、生产和科学试验对内部空气环境的要求，因此空调房间的气流组织是空调设计的重要内容。有效地组织通风气流对于控制室内空气污染物水平，改善室内空气品质，实现健康建筑、健康舒适性空调有着重要的意义[1].

　　本文利用CFD技术[2]，建立相应的物理和数学模型，对室内污染物的浓度分布进行数值模拟；并对计算结果进行了处理，对处理结果进行分析和比较，探求快速疏散和排出室内污染物的合理气流组织方法。

　　1、数学模型

　　1.1 物理模型的建立

　　本文采用的房间模型，布置一个送风口和一个回风口，尺寸均为，见图1.送风口位于侧墙下部，送风速度为1，回风口位于房间的顶部。在房间正中有一柱形物体，尺寸为。柱体顶部有一个污染源，散发速度为1.0.

　　1.2 数学模型的建立

　　边界条件：对于速度，按照固体壁面无滑移边界条件处理；对于和则按照壁面函数法来处理；假设在春秋两季，室内外温差不大的环境下，房间维护结构保温性能良好，壁面按绝热边界处理；送风口采用速度入口边界条件（velocity-inlet）；出口边界采用齐次Neumann条件处理[4].

　　基于以上的模型和边界条件，采用有限容积法离散控制方程，网格采用基于直角坐标的均匀网格。对流项和扩散项采用混合格式离散，速度和压力的耦合采用SIMPLE算法进行求解，动量方程采用交错网格系统。求解方法采用交替扫描的三对角解法（TDMA）。

　　2、模拟结果分析与讨论

　　本文模拟以甲醛为代表的室内污染物的稳态浓度分布。假设仅柱形物体的顶部置有污染物释放源，释放强度为常数：1.0，其它壁面无甲醛释放。为便于计算将实际污染源转化为离壁距离很小（100mm）的空气层中的源项，即，假设该空气层中存在污染源，其释放量等于实际污染源的释放量[5].

　　2.1 模拟结果分析

　　（a）y=0.5m处x-z断面的速度场

　　（b）x=1.5m处y-z断面的速度场

　　（c）z=0.35m处x-y断面的速度场

　　（d）y=1.5m处x-z断面的浓度场

　　2.2 送风速度的影响

　　（a） 送风速度为0.5m/s时的浓度场

　　（b） 送风速度为3m/s时的浓度场

　　2.3 通风方式的影响

　　（a） 送风速度为1.0m/s时的速度场

　　（b） 送风速度为1.0m/s时的浓度场

　　（a） 送风速度为1.0m/s时的速度场

　　（b） 送风速度为1.0m/s时的浓度场

　　3、结论

　　以上的数值模拟分析比较了不同通风方式和不同送风速度下室内污染物的浓度分布规律，可以得出以下主要结论：

　　a）在同种通风方式下，采用自然通风或全新风的通风方式，并增大送风速度，可以有效的降低室内污染物的浓度。

　　b）应根据污染源的位置来确定适合的通风方式，异侧送回风对污染物的排出比较有利，并且当排风口靠近污染源时，此时的排放效果更好。

　　参考文献：

　　[1] 徐丽，翁培奋，孙为民。 三种通风方式的

　　室内气流组织和室内空气品质的数值分析[J]. 空气动力学学报， 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] 陶文铨。 数值传热学。 第二版。 西安：西安交通大学出版社，2001. 181，350

　　[4] 邓启红，汤广发。 SIMPLE算法中压力修正方程边界条件确定新探索[J]. 湖南大学学报， 1999， 26（6）： 65-70

　　[5] 刘玉峰，徐永清。房间气流组织对污染物空间分布的影响[J]. 山东科技大学学报， 2004， 23（2）： 104-107