【摘 要】
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具有分形结构的多孔人造板散发的挥发性有机化合物(VOCs)严重污染室内环境。为了改善室内空气质量,深入研究VOCs、甲醛从人造板中释放的反常扩散特性和质量传递规律具有重要意义。本文分别探讨了人造板中VOC、甲醛的传质问题及不同的环境因素对其散发特性的影响。主要内容如下:1)根据人造板的压汞孔隙度(MIP)测试的结果,通过比较多孔人造板内部通道的孔径与VOC分子自由程,确定其释放属于Knudsen扩
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具有分形结构的多孔人造板散发的挥发性有机化合物(VOCs)严重污染室内环境。为了改善室内空气质量,深入研究VOCs、甲醛从人造板中释放的反常扩散特性和质量传递规律具有重要意义。本文分别探讨了人造板中VOC、甲醛的传质问题及不同的环境因素对其散发特性的影响。主要内容如下:1)根据人造板的压汞孔隙度(MIP)测试的结果,通过比较多孔人造板内部通道的孔径与VOC分子自由程,确定其释放属于Knudsen扩散。与VOC在建材中的扩散类型归因于Fick扩散的研究不同,提出了与分形维数相关的时间分数阶传质模型分析Knudsen扩散特性,并分析了面孔隙率对表面散发的影响,首次得到了该模型的解析解。进一步证明了有限差分格式是可解的、无条件稳定和收敛的,且数值模拟结果与实验数据吻合良好。与Little等人和Deng and Kim的模型相比,能更准确地揭示后期拖尾现象。此外,分析了分形维数df、面积孔隙率ε和延迟时间参数λ对VOC释放的影响。2)基于MIP测试结果,首次确定了人造板中甲醛的释放属于过渡区扩散,进而建立了一个通用的时间分数阶传质模型来描述污染物(包括甲醛、VOCs和SVOCs)的非Fick扩散,并分析了人造板的面孔隙率、甲醛的化学反应以及SVOCs的吸附特性,利用拉普拉斯变换法得到了三种不同情况下的解析解。证明了传质方程的有限差分格式是可解的、条件稳定的和无条件收敛的。数值结果表明,根据五个板材甲醛释放独立实验与数值模拟的最大相对误差证实模型的有效性。此外,首次提出了分形维数与时间分数阶导数参数、延迟时间参数、面孔隙率之间的相关性,并进一步揭示了人造板内甲醛的物理扩散率与化学反应生成速率的变化趋势以及化学反应系数和延迟时间参数对甲醛释放的影响。3)利用通用的时间分数阶传质模型研究了环境因素对人造板中VOCs、甲醛散发的影响规律。基于分数阶传质模型,对3组不同环境因素下的独立甲醛释放实验数据进行数值模拟,根据模拟结果初步阐示了环境因素(温度T、相对湿度RH、换气率N)与关键释放参数之间的相关性。本文建立的时间分数阶传质模型和环境因素对污染物释放特性的影响,为进一步预测并控制室内建材中污染物的扩散问题提供重要的理论依据和指导,为后续研究提供新方法和思路奠定基础。
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