多孔建材内甲醛扩散过程的研究

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1、摘要密度板、刨花板、木质地板等各种建筑及室内装饰装潢用材料广泛使用，在室内散发出大量甲醛，对人有强刺激、神经伤害和致癌作用，导致室内空气品质低劣。室内空气甲醛污染的特征是污染范围广、污染时间长和生物毒性大。因此，理解多孔建材内甲醛扩散及散发规律，从而有效控制室内空气中甲醛的浓度水平，已成为国内外建筑环境领域的一个研究热点。本文将对甲醛在多孔建材内扩散及温度耦合下的甲醛传递进行研究。论文首先基于非平衡热力学理论，对多孔建材内甲醛的热质耦合扩散过程进行了热力学分析，考虑了温度梯度引起的传质Soret效应和甲醛分压力梯度引起的传热Duflo

2、ur效应，建立了建材内甲醛扩散过程的传热传质耦合模型。该模型中，热量传递机理在多孔建材内由分子导热热流和扩散对流热流组成，在多孔建材表面由与空气间进行的对流换热组成；质量传递机理在多孔建材内部由质量对流和扩散组成，在多孔建材表面由对流传质组成。根据质量守恒和能量守恒原理，建立了温度场耦合下多孔建材内甲醛扩散过程的数学模型，给出了实际甲醛扩散过程的定解条件：对多孔建材内甲醛扩散过程涉及的主要参数进行了分析研究，讨论了温度场对质迁移系数，迁移系数，热质迁移系数和表观导热系数的影响。为分析建材孔隙特征及孔隙微观结构对甲醛扩散过程的影响，建立

3、了甲醛在多孔建材中扩散传质过程的分形模型。利用分形几何方法描述了多孔建材分形结构的几何特征及表面分形维数；采取分离变量法，得到了甲醛在分形多孔结构中扩散方程的理论解；模拟了不同表面分形维数和分形子谱维数下甲醛在多孔建材中的扩散过程。模拟结果表明，同类型建材中表面分形维数增大代表更大的孔道网络比表面积，直接导致甲醛污染物在其中有效扩散系数下降；分形子谱维数用于描述甲醛在多孔建材中扩散过程的动力学特征，体现了多孔建材内孔隙结构的连通程度；综合两者的作用可以更好地描述甲醛污染物在多孔建材中的扩散传质现象。对温度和甲醛在多孔建材内的耦合传递过

4、程，采用有限元方法进行了数值计算。结果表明，当温度梯度与甲醛浓度梯度方向一致时，传热传质相互促进；温度场稳定所需时间远小于浓度场稳定所需时间：温度梯度和换气次数越大，传热和传质速．率越大；在lho换气次数下，较大温度梯度将导致较差室内空气品质。当温度梯度与甲醛浓度梯度方向相反时，传热和传质相互削弱；温度场稳定所需时间仍小于浓度场稳定所需时间。建材底部加热耦合间歇通风方式去除多孔建材内甲醛更有效，新房入住之前采取该措施，可显著提高入住后的室内空气品质。此外，本文还考虑兼顾温度梯度与浓度梯度影响，设计并搭建了多孔建材甲醛散发过程测试试验台

5、，对不同温度条件下巾密度板、高密度板和刨花板的甲醛东南大学博士学位论文散发过程进行了试验测定和对比分析。试验结果表明，各类建材的甲醛扩散系数均随温度的升高而增大，温度梯度增大导致甲醛散发量显著增大，但初始可散发甲醛浓度随温度变化趋势则因建材不同而有所区别；温度梯度与浓度梯度方向相同时，建材内部温度场达到稳定所需时间在30min以内；温度梯度与浓度梯度方向相反时，建材内部温度场达到稳定所需时间在l80min以上；相同温度梯度大小下，不同温度梯度方向导致室内甲醛平衡浓度相差约2倍左右。试验结果与数值模拟结果吻合良好。关键词：甲醛；多孔建材

6、；分形；扩散；传热传质ⅡAbstractPorousbuildingmaterials，includingmediumdensityboards，particleboardsandwoodbasedfloorboards，arewidelyusedasinteriordecorationandconstructionmaterials．Formaldehydeemittedfromporousbuildingmaterialsisirritant，neurotoxicandcarcinogenicwhichintrigueslarge

7、scaleconcernduetoaparticulardamageofIndoorAirQuality(IAQ)．Themaincharacteristicsoftheinteriorformaldehydepollutionarewidelyranged，longlyexposedandseriousimmunotoxic．Recently，anincreasingattentiontorevealthetransportfeaturesofformaldehydeinporousbuildingmaterialshasbeenp

8、aidbyresearchersathomeandabroad．Basedonthetheoryofnon—equilibriumthermodynamicsandmolecularkinetics，themechani