体育场馆内气态污染物散发与净化的数值模拟及实验研究

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新建体育场馆内板材等装修材料散发出大量的甲醛等挥发性有机化合物严重恶化了室内空气品质,影响场馆内人员身体健康及运动员的比赛状态,因此研究通风稀释及空气净化器使用等改善空气品质的有效方式非常有意义。本文中,应用数值模拟软件Fluent对以甲醛为代表的污染物的散发和稀释净化进行了模拟研究,并通过简单实验对结果的可靠性进行验证,以期将模拟结果应用到工程实践当中。本文首先从数学理论角度阐述了CFD计算原理和方法,然后选择了适用于污染物长期和短期散发的双指数衰减模型,并通过UDF编程,将该散发模型嵌入到Fluent软件中。基于此方法,在随后的几个章节中本文作者结合武汉某新建体育馆的实际情况,对该场馆内甲醛散发与不同工况下甲醛的净化效果进行了CFD模拟研究。本文的具体内容及成果如下:1.对武汉某新建体育场馆进行密闭工况下的模拟研究,结果表明随着密闭时间的增加,污染物不断扩散,浓度越来越高。密闭1h后,在z=1.5m高度平面上已经有部分区域浓度超过室内卫生标准,密闭12h后比赛区大部分区域及部分观众区浓度超标。2.保持送风速度不变,对顶部垂直送风、偏向观众区送风和偏向比赛区送风(送风角度分别为30°、45°和60°)等工况下污染物浓度场和速度场进行CFD预测分析。结果表明,污染物浓度在送风10min内不断增加10-15min之间开始减小,60min后趋于平稳,发现浓度分布与速度场有关,其中垂直送风对污染物的去除效果最好,随着送风角度的增加,净化效果越来越差,因此,垂直送风是最优选择。3.在垂直送风工况下,对不同的送风速度(4m/s、6m/s和8m/s)工况下污染物浓度场的变化进行研究,结果表明,随着送风速度的增加,开始阶段净化效果有所提升,但最后效果并不明显,且不符合小球比赛时风速要求。4.在垂直送风和设计风速情况下,按作用面积选取三台净化器,通过对分散摆放和并排摆放两种工况的模拟,得出结论:净化器分散摆放时,从本身净化作用及对气流组织的促进作用两方面提高净化效率,比单独送风提前30min将室内污染物浓度降到卫生标准内;而并排摆放时,对气流组织影响不大,本身净化效果受到限制,因此对净化效果的促进不明显。然后模拟了各工况下室内的速度场,结果表明垂直送风工况符合比赛区风速设计要求,因此净化器可以作为比赛前辅助的净化措施,减少赛前空调送风系统的运行时间从而达到节能效果。5.在比赛区均匀布置了12个测点,并测量密闭工况下z=1.5m高度的污染物浓度值,然后测量了送风工况下各测点的风速值,结果表明:除个别点存在较大误差外,模拟值与实测值的总体符合良好,可以验证本文模拟的可靠性,为其他高大空间,不同污染物的分布预测提供参考,为工程实践提供依据。
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