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为了确定实验室内污染物浓度的分布状况,运用 CFD仿真方法对固定排风量下某实验室内 VOCs的浓度场分布进行了建模和数值仿真,实现了结果的可视化,并对仿真结果进行了分析和实地监测验证,除门窗附近几个点外,实验室内 VOCs浓度场分布的实地监测值与仿真值在变化趋势上是比较一致的。整个室内 VOCs浓度场的分布主要受排气系统的影响,空间分布上表现为随高度增加浓度值逐渐升高。通过 CFD仿真研究,快速地给出室内流场和浓度场的详细信息,为进一步研究改变排风系统情况、不同排风量、移动污染源位置等多种条件下室内空气环
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第 卷 第 期 上海师范大学学报 自然科学版 Vol No
年 月 Journal of Shanghai Normal University Natural Sciences Jun
室 内 空 气 环 境 VOCs 浓 度 场 的 CFD 仿 真 分 析
黄洪涛
高运川
裘季冰
毛岳玲
上海师范大学 生命与环境科学学院 上海 上海市环境科学研究院 上海
河北省沧州市沧县环保局 沧州
摘要 为了确定实验室内污染物浓度的分布状况运用 CFD 仿真方法对固定排风量下某实
验室内 VOCs 的浓度场分布进行了建模和数值仿真实现了结果的可视化并对仿真结果进行
了分析和实地监测验证除门窗附近几个点外实验室内 VOCs 浓度场分布的实地监测值与仿
真值在变化趋势上是比较一致的整个室内 VOCs 浓度场的分布主要受排气系统的影响空间
分布上表现为随高度增加浓度值逐渐升高通过 CFD 仿真研究快速地给出室内流场和浓度
场的详细信息为进一步研究改变排风系统情况不同排风量移动污染源位置等多种条件下
室内空气环境污染物浓度场分布情况提供了方法和理论依据
关键词 CFD 仿真VOCs浓度场室内环境
中图分类号
X
文献标识码
A
文章编号
收稿日期
作者简介 黄洪涛 男上海师范大学生命与环境科学学院硕士研究生 高运川 男上海师范大
学生命与环境科学学院副研究员
引言
随着计算机技术和数值计算技术的发展利用计算机求解室内气流控制方程组的数值仿真方法也
有了很大的发展方法是计算机技术和流体力学相结合的产物即计算流体动力学 CFD
Computation
al Fluid Dynamics 方法如今 CFD 方法在暖通空调领域气流组织设计和分析中的应用已日趋成熟
并取得了许多重要成果主要表现在以下方面
通风空调设计方案优化及预测如长沙世界之窗中
心剧场大剧院 空调设计方案的数值预测仿真 传热传质设备的 CFD 分析如各种换热器冷却
塔的 CFD 分析 冷库库房及制冷设备的 CFD 分析 节能型移动通信基站室内气流的 CFD 模拟
空气品质及建筑热环境的 CFD 方法评价预测 建筑火灾烟气流动及防排烟系统的 CFD 分析
锅炉燃烧油气煤 规律的 CFD 分析 通风除尘领域如工业通风系统各种送排风罩的 CFD 分
析静电除尘器旋风除尘器重力沉降室内气粒分离过程的 CFD 分析 室内空气对流的特征与数值
模拟
但采用 CFD 方法模拟室内污染物浓度场分布尚不多见朱培根等人对住宅厨房油烟浓度成功
地进行了 CFD 仿真模拟和实测通过模拟得出增加排油烟机的排风量对改善厨房的排烟效果是有效
的
湖南大学的顾登峰等人利用 CFD 技术成功对某地下车库的 CO 浓度场进行了模拟计算
基于
上述问题选取上海市某高校大气污染控制实验室为研究对象采用 CFD 方法用 Airpak 软件对该
实验室内 VOC 浓度场进行了仿真分析及实测
相对于模型实验或等比例实验而言借助 CFD 对室内 VOC 浓度分布进行数值模拟具有很多优点
研究成本低周期短
无实验仪器干扰 能获得完整的数据 能将计算情况在计算机屏幕
上形象地再现
因此使用 CFD 最大的意义就在于节省实验成本与预测结果如果能够保证模拟的
精度就可以减少大量的实验而且做一些现实中不可能完成或是事先不能做的实验目前就全世界
在室内空气流动特性领域研究的发展趋势来看CFD 技术已成为备受期待的技术手段室内气流组织
直接影响着温度和湿度分布浓度扩散通风效率等室内气流组织的特性对室内环境设计尤为重要但
由于气流多为非线性现象输入设计方案和结果设计效果关系的正确预测显得非常困难在复杂
的情况下一般只能借助于模型实验和经验
对于未曾有经验的设计对象相似模型实验是常用手段
但这将花费巨大的费用和时间且考察范围有限从这个意义上说 CFD 是一种较好的优化设计工具
并且通过结合工程实际情况借助模拟工具进行辅助设计简化了计算过程而且也能省下大量的人力
物力资源缩短了实验周期可以说CFD 模拟技术必将成为工程设计上有效现实和经济的技术手段
各国在未来大力发展该技术也将是一个必然趋势
模型建立和初始条件的确定
本次模拟对象为某大气污染控制实验室空间结构如图 所示房间尺寸为 mm mm
mm南面和北面分别开设一个窗户mm mm和一扇门mm mm作为自然进
风口工作台尺寸为 mm mm mm排风口位置设在距地面 mm 南面墙上直径为
mm流速为 m s
风量 m
h
室内工作台上实验设备工作时产生的正丁醇气体视为
VOC 源直径为 mm其正丁醇的参数如表 所示正丁醇的出口速度m s
出口 浓度为
mg m
气量 m
h
方向垂直地面向上
表 正丁醇参数设置
名称 参数值 单位
体积膨胀率 Volexpansion 铑
K
粘度Viscosity
靠
kg m
s
密度Density *
kg m
比定压热容 Specific heat 帋
J kg
K
热导率 Conductivity
W m
K
扩散系数 Diffusivity
靠
m
s
摩尔质量 Molecular weight f
kg k
mol
以上各参数中粘度比定压热容和热导率可直接从化学化工手册中查到
密度参考公式
PM
ZTR
扩散系数在 大气污 控制
工程
中查到
窗 排气口 正丁醇发生源 壁橱 门 实验台
图 实验室的 CFD 模型图
11数学模型
本次计算的主要方法是采用室内气流零方
程控制方程模型该模型是专门为室内气流模
拟而提出的它考虑了室内空气环境设计人员
简便但足够准确的需要
计算控制方程为
连续性方程
对不可压缩流体其流体密度为常数方程
简化为
上海师范大学学报 自然科学版 年
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weixin_38699492
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