發(fā)布時(shí)間：2020-07-01 01:17

【摘要】：室內(nèi)環(huán)境的空氣品質(zhì)對(duì)人類的身心健康和生活質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生顯著的影響,而室內(nèi)建筑材料所散發(fā)出的可揮發(fā)性有機(jī)揮發(fā)物(volatile organic compounds,VOC)是造成室內(nèi)空氣品質(zhì)惡化,引起多種病態(tài)建筑綜合癥的重要原因。因此,針對(duì)建筑板材這一典型的VOC污染源,探索其內(nèi)部VOC遷移行為特征,發(fā)展建材VOC強(qiáng)化脫除技術(shù),可以從源頭上控制建筑材料VOC的散發(fā),提高室內(nèi)空氣環(huán)境質(zhì)量正日益受到人們的重視。目前,從微觀孔隙尺度探索的多孔建材孔隙結(jié)構(gòu)內(nèi)的VOC遷移行為機(jī)制的研究尚不夠深入,建材孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)VOC遷移影響機(jī)制還沒(méi)有得到全面揭示。而探索非熱外場(chǎng)強(qiáng)化建材VOC遷移脫除方法方面的研究也幾乎是一個(gè)空白。為此,本文引入分形重構(gòu)方法對(duì)典型建筑板材的孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行重構(gòu),并結(jié)合實(shí)驗(yàn)和理論研究方法,在多個(gè)空間尺度層次上對(duì)建材VOC包括脫附、擴(kuò)散、散發(fā)在內(nèi)的遷移行為以及外加靜電場(chǎng)對(duì)其影響機(jī)理進(jìn)行了分析研究,主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:(1)設(shè)計(jì)搭建了建材甲醛散發(fā)特性密封艙實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),開(kāi)展了刨花板材的甲醛散發(fā)特性實(shí)驗(yàn),獲得了對(duì)刨花板材甲醛散發(fā)過(guò)程密封艙內(nèi)瞬態(tài)濃度曲線,并基于足跡法的基本原理分析了艙內(nèi)溫度和外加靜電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)對(duì)刨花板甲醛散發(fā)關(guān)鍵參數(shù)的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明,溫度場(chǎng)對(duì)建材甲醛散發(fā)關(guān)鍵參數(shù)具有非常顯著的影響,甲醛的傳質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)隨溫度上升而明顯升高,而與此相反地,甲醛吸附分配系數(shù)卻隨溫度升高而單調(diào)下降。通過(guò)外加靜電場(chǎng)作用下建材甲醛散發(fā)特性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)外加靜電場(chǎng)對(duì)甲醛散發(fā)關(guān)鍵參數(shù)有一定的影響,尤其是對(duì)其吸附分配系數(shù)影響較為明顯。外加靜電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)與甲醛吸附分配系數(shù)之間呈現(xiàn)出明顯的指數(shù)函數(shù)關(guān)系。(2)開(kāi)展了多孔建筑板材孔隙結(jié)構(gòu)特征的分形分析以及分形重構(gòu)工作。通過(guò)觀測(cè)建筑板材的微觀結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)建筑板材的孔隙結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出明顯的各向異性特征,多孔建筑板材二維孔隙結(jié)構(gòu)的拓?fù)涮卣鬟m合于用分形幾何理論來(lái)描述�；诙S的多孔建材結(jié)構(gòu)的分形特性,引入了基于分形布朗運(yùn)動(dòng)理論的隨機(jī)中點(diǎn)位移算法,實(shí)現(xiàn)二維和三維分形多孔材料的孔隙結(jié)構(gòu)重構(gòu)。并通過(guò)濾波變換的方法得到各項(xiàng)異性的分形布朗運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu),發(fā)展了各項(xiàng)異性的二維和三維多孔結(jié)構(gòu)重構(gòu)方法,并應(yīng)用于多孔建材的孔隙結(jié)構(gòu)重構(gòu)研究。(3)發(fā)展了基于混合動(dòng)理學(xué)的格子-Boltzmann模型,對(duì)二維和三維分形重構(gòu)多孔介質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)內(nèi)VOC擴(kuò)散遷移行為進(jìn)行系統(tǒng)的模擬研究。結(jié)果表明:孔隙結(jié)構(gòu)分形特征對(duì)多孔材料的有效擴(kuò)散系數(shù)有著非常明顯的影響。隨著Hurst指數(shù)減小,孔隙結(jié)構(gòu)的曲迂度增加,有效擴(kuò)散系數(shù)顯著降低。對(duì)于各向異性的多孔結(jié)構(gòu),氣體在各個(gè)方向擴(kuò)散時(shí)的有效擴(kuò)散系數(shù)也有很大的區(qū)別。在平行于各向異性強(qiáng)化方向有效擴(kuò)散系數(shù)隨孔隙的增加呈現(xiàn)線性變化,而在垂直于各向異性強(qiáng)化方向則有比較明顯的非線性變化特征。在非連續(xù)區(qū)間的多元組分混合氣體的擴(kuò)散過(guò)程中,微尺度的Knudsen擴(kuò)散阻力對(duì)以大分子VOC氣體組分的影響要大于氮?dú)獾认鄬?duì)分子量較小的氣體組分。(4)在分子尺度,基于密度泛函理論模擬了外加靜電場(chǎng)對(duì)甲醛分子與建材纖維素分子吸附的影響機(jī)制,結(jié)果發(fā)現(xiàn):隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的增加,甲醛分子和建材基質(zhì)之間的吸附勢(shì)降低,吸附勢(shì)與電場(chǎng)強(qiáng)度符合指數(shù)關(guān)系預(yù)測(cè)。(5)建立耦合VOC吸/脫附過(guò)程LBM模型,通過(guò)數(shù)值模擬手段研究了建材孔隙結(jié)構(gòu)內(nèi)VOC遷移行為以及靜電場(chǎng)對(duì)其的影響規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn):施加電場(chǎng)作用后會(huì)造成甲醛分子迅速?gòu)墓滔嗷|(zhì)上脫附,從而造成遷移初期孔隙內(nèi)有較高的甲醛濃度,在壓力和濃度梯度的共同驅(qū)動(dòng)下,甲醛向孔隙外部的散發(fā)速度增加。而隨著遷移時(shí)間的持續(xù),孔隙內(nèi)的壓力逐漸下降,不同電場(chǎng)強(qiáng)度造成的甲醛濃度下降速率差異逐漸減小。本文工作較為系統(tǒng)的分析了多孔建材孔隙結(jié)構(gòu)內(nèi)的VOC遷移機(jī)理,為預(yù)測(cè)建材VOC的遷移散發(fā)規(guī)律提供了理論支撐。探索了外加靜電場(chǎng)對(duì)建材VOC遷移過(guò)程的影響規(guī)律,為發(fā)展建材VOC的脫除強(qiáng)化方法進(jìn)行了可行性的嘗試。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU50;X51

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本文編號(hào)：2736090