本文選題：多孔建材　切入點(diǎn)：揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)　出處：《西安建筑科技大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：揮發(fā)性有機(jī)化合物(Volatile Organic Compounds,VOCs)作為室內(nèi)空氣污染的主要來源,廣泛存在于室內(nèi)裝飾、裝修建材內(nèi)部。近年來建筑節(jié)能目標(biāo)的快速推進(jìn)使得建筑物趨于高度圍合密閉,促使VOC在室內(nèi)空氣中積聚,對(duì)室內(nèi)人群的身體健康及工作效率產(chǎn)生了極大的影響。世界衛(wèi)生組織公布的數(shù)據(jù)顯示每年約有400萬人因室內(nèi)空氣污染導(dǎo)致的非傳染性疾病而過早死亡�，F(xiàn)有對(duì)建材VOC散發(fā)特性的研究多停滯在唯象表觀層面,而掌握多孔結(jié)構(gòu)復(fù)雜的孔隙特征及差異化傳質(zhì)機(jī)理是確定建材VOC散發(fā)特性的基礎(chǔ),也是指導(dǎo)VOC控制策略的前提。鑒于此背景,本文采用理論分析、實(shí)驗(yàn)測試和數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的研究方法探討了多孔建材VOC的多尺度傳質(zhì)機(jī)理及散發(fā)特性,具體研究內(nèi)容及學(xué)術(shù)成果如下:突破傳統(tǒng)連續(xù)介質(zhì)模型維度空間的藩籬,將分形幾何理論應(yīng)用于多孔建材VOC有效擴(kuò)散系數(shù)預(yù)測,基于建材內(nèi)傳質(zhì)孔道的變徑特征,在分形毛細(xì)管束模型的基礎(chǔ)上發(fā)展了有效擴(kuò)散系數(shù)的多級(jí)串聯(lián)宏觀分形毛細(xì)管束模型。該模型通過對(duì)多孔建材孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行剖析,探究宏、介觀孔的分布特征及傳質(zhì)網(wǎng)絡(luò)連接模式,闡明了宏觀孔串聯(lián)傳質(zhì)通道的分形冪規(guī)律分布及介觀孔的輔助傳質(zhì)特性。通過壓汞實(shí)驗(yàn)測量的建材結(jié)構(gòu)參數(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)有效擴(kuò)散系數(shù)的直接預(yù)測,結(jié)合環(huán)境艙的建材VOC散發(fā)實(shí)驗(yàn)對(duì)該理論模型的準(zhǔn)確性予以驗(yàn)證,相比經(jīng)典擴(kuò)散系數(shù)模型顯著提高了預(yù)測精度�；谖絼堇碚撛忈屃硕嗫捉橘|(zhì)的非均勻活性中心對(duì)VOC分子吸附特性的影響,以Dubinin-Radushkevich吸附等溫式和Freundlich吸附等溫式推導(dǎo)了多孔建材分離系數(shù)的雙尺度計(jì)算模型,分別適用于微觀孔及宏、介觀孔的分離系數(shù)預(yù)測。相比基于Langmuir單分子層吸附理論的分離系數(shù)模型,雙尺度計(jì)算模型綜合考慮了孔隙結(jié)構(gòu)差異對(duì)分離系數(shù)的影響。為驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性,發(fā)展了階躍溫度工況下分離系數(shù)與初始可散發(fā)濃度的連續(xù)測量實(shí)驗(yàn)方法,通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合,可將預(yù)測結(jié)果拓展至同系物間分離系數(shù)的確定。此外,以宏、介觀尺度分離系數(shù)解析式為傳遞參數(shù),可將前述理論求解的有效擴(kuò)散系數(shù)轉(zhuǎn)換為表觀擴(kuò)散系數(shù),建立表觀擴(kuò)散系數(shù)與溫度的函數(shù)關(guān)系,實(shí)現(xiàn)多孔介質(zhì)模型與單相傳質(zhì)模型間的參數(shù)轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)地剖析了VOC分子多尺度脫附機(jī)制,以孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)多孔建材吸附勢能差異化分布規(guī)律進(jìn)行準(zhǔn)確數(shù)學(xué)表征,代替以均值或經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算吸附勢能,由分子動(dòng)能概率密度分布與吸附勢能分布律之間的非均勻脫附判據(jù)推導(dǎo)初始可散發(fā)濃度差異化分布解析式。同時(shí),鑒于同系物間化學(xué)性質(zhì)相似的特征,推導(dǎo)了同系物吸附勢能表達(dá)式,藉此通過少量實(shí)驗(yàn)擬合即可實(shí)現(xiàn)對(duì)建材內(nèi)多種同系物初始可散發(fā)濃度的同時(shí)預(yù)測。通過對(duì)建材VOC散發(fā)的敏感性分析,探討了散發(fā)關(guān)鍵參數(shù)及其主控因素的影響程度。針對(duì)三種VOC散發(fā)源頭控制方法,即吸附劑的均勻摻混、表面阻隔及基材固定,建立了不同吸附劑添加方式下建材VOC散發(fā)關(guān)鍵參數(shù)的預(yù)測體系,可對(duì)建材VOC源頭控制效果進(jìn)行理論分析。結(jié)果表明,均勻摻混吸附劑對(duì)VOC散發(fā)的全局控制效果最好,吸附劑表面阻隔的短期散發(fā)抑制效果顯著,而基材固定則適用于長期散發(fā)過程。通過對(duì)VOC源頭控制效果的預(yù)測可為工程應(yīng)用遴選適宜的VOC控制策略提供依據(jù)。
[Abstract]:Volatile organic compounds (Volatile Organic, Compounds, VOCs) as the main source of indoor air pollution, widely exists in the interior decoration, interior decoration materials. In recent years, the rapid advance of the goal of building energy-saving buildings tend to be highly enclosed sealed, prompting VOC to accumulate in the room air, has a great impact on health and work efficiency indoor population. WHO released data show that about 4 million people due to indoor air pollution and non communicable diseases and premature death each year. The existing research on VOC emission characteristics of building materials more apparent stagnation in the phenomenological level, grasp the characteristics and differences of the pore complex porous structures of the mass transfer mechanism is the basis for determining the VOC emission characteristics of building materials the VOC control strategy and guide the premise. In view of this background, this paper based on theoretical analysis, experimental testing and numerical combination Research methods and emission characteristics of multi-scale mass transfer mechanism of porous building materials VOC, the research contents and academic achievements are as follows: break through the traditional continuum model dimensional barriers, the theory of fractal geometry is applied to porous materials VOC effective diffusion coefficient prediction, variable characteristics of mass transfer channels based on the development of building materials, the macro fractal series the capillary bundle model of effective diffusion coefficient based on fractal capillary model. The model based on the pore structure of porous building materials to analyze, explore macro distribution and mass transfer network of mesopores connection mode, the auxiliary power law distribution and mass transfer characteristics of fractal mesoscopic hole hole macroscopic mass transfer channel. Through a series of building materials the structure parameters of mercury injection experiment measurement can realize direct prediction of effective diffusion coefficient, combined with environmental class building materials VOC emission experiment of the theory model The accuracy is verified, compared with the classical diffusion coefficient model significantly improves the prediction accuracy. The adsorption potential theory to explain the effect of non-uniform porous media based on the active center of VOC molecular adsorption, Dubinin-Radushkevich isotherm and Freundlich isotherm derived dual scale porous building materials separation coefficient calculation model, which are suitable for micro Jihong hole, prediction of separation coefficient. Compared with mesopores separation coefficient model of Langmuir monolayer adsorption theory based on dual scale calculation model considering the effect of pore structure on the coefficient difference. In order to verify the model, continuous measurement method developed step temperature separation coefficient and initial emittable concentration by fitting the experimental data, the prediction results can be extended to determine the separation coefficient between homologues. In addition, the macro, meso Scale separation factor analytic formula for the transmission parameters, which can convert the effective diffusion coefficient of the theory for the apparent diffusion coefficient, the establishment of form function relationship apparent diffusion coefficient and temperature, the parameters of porous medium model and single phase mass transfer model of the conversion between. Systematic analysis of the multi-scale VOC molecular desorption mechanism, the pore structure the parameters on the adsorption potential of porous building materials poor accurate mathematical characterization of alienation distribution, replaced by the mean or empirical formula to calculate the adsorption potential between molecular kinetic energy probability density distribution and adsorption potential distribution law of non uniform criterion is the initial desorption emittable concentration difference distribution formula. At the same time, in view of characteristics of similar chemical properties between homologues the expression of homologues, adsorption energy, thereby the experimental fitting can be realized by a small amount of building materials in a variety of initial emittable concentration with homologues When forecasting. Through the sensitivity analysis of VOC from building materials, the influence of key parameters distribution and its main controlling factors. According to the three VOC emission source control method, namely mixed adsorbent mixture, surface barrier and the substrate is fixed, establishes a prediction system of different ofadsorbent mode VOC distributed key parameters of building materials the theoretical analysis of building materials, VOC source control effect. The results show that the adsorption effect of uniformly mixing global control agent on VOC from the best adsorbent surface barrier short-term dissemination of inhibition effect is significant, while the substrate is suitable for long-term fixed emission process. By predicting the control effect of VOC source can provide the basis for engineering application VOC the selection of appropriate control strategies.

【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：X799.1

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本文編號(hào)：1600776