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        基于軸流風(fēng)機(jī)的室內(nèi)通風(fēng)設(shè)計(jì)與數(shù)值模擬試驗(yàn)

        2019-03-13 13:00:16夏侯炳蔡茂華申君張明幫
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2019年5期
        關(guān)鍵詞:數(shù)值模擬甲醛

        夏侯炳 蔡茂華 申君 張明幫

        摘? 要:為減少室內(nèi)新家具釋放的甲醛對(duì)人體的危害,了解軸流風(fēng)機(jī)通風(fēng)裝置對(duì)室內(nèi)甲醛濃度分布特征的影響,文章采用MRF動(dòng)參考系模型方法研究了不同風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)室內(nèi)甲醛濃度的分布影響。數(shù)值模擬結(jié)果表明:軸流風(fēng)機(jī)通風(fēng)裝置能有效降低室內(nèi)甲醛濃度,供電電源頻率50Hz時(shí)該裝置可將原室內(nèi)的甲醛濃度降低約75%;通過控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速能有效調(diào)節(jié)室內(nèi)甲醛濃度的數(shù)值,軸流風(fēng)機(jī)的供電電源頻率與室內(nèi)甲醛濃度呈Cubic三次曲線方程關(guān)系。

        關(guān)鍵詞:軸流風(fēng)機(jī);數(shù)值模擬;甲醛;室內(nèi)通風(fēng);x2檢驗(yàn)。

        中圖分類號(hào):TU834? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A? ? ? ? ?文章編號(hào):2095-2945(2019)05-0015-02

        1 概述

        室內(nèi)空氣質(zhì)量的好壞與人的健康密切相關(guān),甲醛作為潛在致癌物使其成為室內(nèi)空氣污染與否最重要的指標(biāo)之一,對(duì)其展開室內(nèi)的釋放與擴(kuò)散規(guī)律的研究顯得尤其重要。

        目前有關(guān)室內(nèi)空氣污染氣體的通風(fēng)擴(kuò)散的研究主要以靜參考系模型為主[1-2],本文采用動(dòng)參考MRF模型結(jié)合組分傳輸模型的方法,以軸流風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速作為仿真的初始條件精確模擬研究軸流風(fēng)機(jī)以不同的轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)室內(nèi)甲醛濃度的變化規(guī)律。

        2 研究方法

        本文的研究方法主要是利用MRF動(dòng)參考系模型模擬軸流風(fēng)機(jī)的抽風(fēng)排氣,利用組分傳輸模型模擬室內(nèi)家具的甲醛釋放,通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的不同轉(zhuǎn)速作為MRF仿真的初始值,從而仿真計(jì)算出室內(nèi)甲醛對(duì)應(yīng)的濃度,最后利用spss統(tǒng)計(jì)分析方法擬合出室內(nèi)甲醛濃度與風(fēng)機(jī)供電電源頻率的函數(shù)關(guān)系。

        3 模型的建立

        選擇典型的某辦公室,其長(zhǎng)寬高尺寸為6.5m*3.6m*2.6m,室內(nèi)主要擺放了新購置的6張辦公桌,其長(zhǎng)寬高尺寸為1.6m*0.7m*0.8m,辦公室的前面和側(cè)面分別有3個(gè)0.6m*0.8m的窗戶,現(xiàn)模擬辦公室的頂部安裝有軸流風(fēng)機(jī),其中風(fēng)扇結(jié)構(gòu)尺寸為:輪轂直徑:20cm;葉片長(zhǎng):11.45cm;葉寬度:8.25cm;葉片安裝角:31°;葉片數(shù):9;風(fēng)機(jī)出口的直徑為45cm。以辦公室的中心點(diǎn)為原點(diǎn),沿長(zhǎng)度方向?yàn)閤軸,寬度方向?yàn)閥軸,豎直方向?yàn)閦軸,建立幾何模型及網(wǎng)格劃分。

        邊界條件設(shè)置:窗口設(shè)為壓力入口pressure inlet,風(fēng)機(jī)出口設(shè)為壓力出口pressure outlet;所有家具表面設(shè)定為mass flow inlet,墻壁設(shè)為wall。在進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算中,進(jìn)行了如下假設(shè):(1)室內(nèi)的污染物只有甲醛,無其他污染

        物;(2)家具的材料組成均勻,甲醛按恒定的速率釋放;(3)室內(nèi)空氣及甲醛的物理性質(zhì)為定值,且不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。(4)室外新風(fēng)不含污染物。

        4 計(jì)算結(jié)果與分析

        4.1 樣本的風(fēng)速矢量分析

        風(fēng)機(jī)在工頻50Hz運(yùn)行時(shí)辦公室內(nèi)部的風(fēng)速矢量圖見圖1。由圖1a可以看出,風(fēng)機(jī)扇葉周邊的氣流速度很大,高速的氣流與扇葉及風(fēng)機(jī)內(nèi)部壁面間的摩擦將產(chǎn)生一定的噪音。由圖1b可以看出,即使風(fēng)機(jī)在工頻50Hz運(yùn)行的情況下,室內(nèi)的氣流能總體保持平穩(wěn)和低速運(yùn)行,而軸流風(fēng)機(jī)出口處的風(fēng)速則相對(duì)較大,符合軸流風(fēng)機(jī)實(shí)際抽風(fēng)排風(fēng)運(yùn)行特點(diǎn)。由圖1c可以看出,在軸流風(fēng)機(jī)的帶動(dòng)下,辦公室內(nèi)部的氣流得到了較好的交換,所產(chǎn)生的若干個(gè)回旋氣流最終流向風(fēng)機(jī)出口方向,越接近風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速的矢量越大。

        4.2 樣本截面的甲醛濃度分布分析

        圖2為軸流風(fēng)機(jī)在0Hz(不運(yùn)轉(zhuǎn))及工頻50Hz(運(yùn)轉(zhuǎn))時(shí)辦公室x=0cm截面的甲醛濃度分布圖,由圖2可以看出,風(fēng)機(jī)工頻50Hz運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)x=0cm截面的甲醛濃度明顯低于風(fēng)機(jī)在0Hz(不運(yùn)轉(zhuǎn))的甲醛濃度,并且風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)在辦公桌的上方(人活動(dòng)時(shí)及坐下時(shí)的主要呼吸區(qū)域)的甲醛濃度顯著降低,而甲醛濃度相對(duì)高的區(qū)域主要集中在辦公桌的下方,可見風(fēng)機(jī)的運(yùn)行能有效地降低辦公室甲醛濃度,并實(shí)現(xiàn)甲醛在辦公室內(nèi)的分布更符合期待的分布效果。

        將風(fēng)機(jī)在不同的電源頻率下運(yùn)行的實(shí)際轉(zhuǎn)速作為仿真的初始值,經(jīng)計(jì)算,對(duì)應(yīng)不同的電源頻率下辦公室內(nèi)甲醛濃度均值如表1所示。f為經(jīng)變頻器輸出的電源頻率,nm為風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,H表示辦公室內(nèi)的甲醛濃度均值。

        由表1可知,軸流風(fēng)機(jī)的供電頻率分別為0Hz及50Hz時(shí),室內(nèi)的甲醛濃度H值分別為0.028mg/m3及0.114mg/m3,可見工頻50Hz下軸流風(fēng)機(jī)的運(yùn)行可將室內(nèi)甲醛濃度降低約75%。當(dāng)f在30~50Hz區(qū)間調(diào)整時(shí),H值在0.026~0.028mg/m3的區(qū)間波動(dòng);而當(dāng)f<30Hz時(shí),H值>0.03mg/m3;隨著f值的不斷減少,H值呈波動(dòng)式增加趨勢(shì)??梢?,控制f為30Hz時(shí),可較理想地將室內(nèi)的甲醛濃度控制在較低值的水平,當(dāng)f<30Hz時(shí),通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速(即調(diào)整電源頻率),可有效調(diào)整室內(nèi)的甲醛的濃度。

        利用spss軟件進(jìn)行曲線擬合得F=208.977,sig.=0.0000,說明回歸系數(shù)顯著,結(jié)果顯示風(fēng)機(jī)的電源頻率與室內(nèi)甲醛濃度呈Cubic三次曲線方程式關(guān)系,擬合方程為:y=0.110347-0.007737x+0.000232x2-0.000002x3。

        5 結(jié)論

        利用數(shù)值仿真計(jì)算的方法,對(duì)原有的辦公室進(jìn)行加裝軸流風(fēng)機(jī)通風(fēng)裝置并建模,通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的電源供電頻率,進(jìn)行了辦公室甲醛濃度分布規(guī)律的數(shù)值模擬與分析。

        (1)通過控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速能有效調(diào)節(jié)室內(nèi)甲醛濃度的數(shù)值,安裝該裝置后原室內(nèi)的甲醛濃度降低約75%(供電電源頻率為工頻50Hz時(shí))。

        (2)利用spss進(jìn)行曲線擬合的方法,得出風(fēng)機(jī)電源供電頻率與室內(nèi)甲醛濃度的函數(shù)關(guān)系,函數(shù)方程式可表示為:y=0.110347-0.007737x+0.000232x2-0.000002x3,為進(jìn)一步精準(zhǔn)控制室內(nèi)甲醛濃度提供參考。

        參考文獻(xiàn):

        [1]岳高偉,陸夢(mèng)華,賈慧娜.室內(nèi)污染物擴(kuò)散的通風(fēng)優(yōu)化數(shù)值模擬[J].流體機(jī)械,2014,42(4):81-85.

        [2]楊玉容,龍?zhí)煊?,劉臘美.室內(nèi)通風(fēng)優(yōu)化的三維數(shù)值分析[J].重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào),2006(03):78-84.

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