第1个回答 2006-01-08
1 实验方法
1.1 示踪气体技术
对于强制通风,室内空气流速变化较大,如果利用直接或间接测量风速分析流场的方法,则难以对室内空气流动情况进行全面描述,而示踪气体方法正适用于此种情况。虽然示踪气体的研究方法已引入通风行业十余年,但国内鲜有人利用示踪气体研究强制通风,笔者在此方面做了初步的尝试。
本次试验选用甲烷作为示踪气体。甲烷性质稳定,密度较小,易于与空气充分混合,并且对人体无毒无害。虽然甲烷在体积分数为5%~15%时具有爆炸性,但其可测浓度较低。本次实验中控制甲烷最大体积分数约为100×10-6,较为安全。
利用示踪气体测量空气龄的释放方法有3种[2]:①脉冲法;②上升法;③下降法(或衰减法)。其中下降法最为简单,且实验精度较高,因此本文选用下降法测量空气龄。
1.2 实验基本原理[3]
通风的主要目的是将新鲜空气送入工作区,并且将污染料物尽快从工作区排出去。空气龄τp的物理意义是空气进入房间以来的时间,它定量描述了送风空气代替房间原有空气的快慢。
房间中某一点的空气由不同空气龄的空气微团组成,因此该点所有微团的空气龄存在一个频率分布函数f(τ)和累计分布函数F(τ)。累计分布函数F与频率分布函数f之间的关系如下:
(1)
某一点的空气龄τp是指该点所有微团的空气龄的平均值:
(2)
用示踪气体方法测量某一点示踪气体浓度随时间的变化过程,得到该点空气龄的频率分布函数f或累计分布函数F,从而可计算出该点的空气龄。以下降法为例,空气龄的累计分布函数F如下:
(3)
其中,Cp(τ)为测点时刻示踪气体浓度。
于是,采用下降法测量空气龄的计算公式如下:
(4)
1.3 测量方法
本文选用QGS-08B型红外线气体分析仪作为示踪气体测量设备。这种仪器可以在实验现场直接连续测定低浓度的甲烷,测量范围0~100×10-6,精度1%,输出为0~5V的电压信号。此电压信号经PC-1216-K2型A/D板转换成数字信号传入计算机进行数据存储与显示。测点浓度的采样时间间隔可在数据采集软件中设定,本次实验取为8s。
示踪气体测量方法如下:首先,将房间密闭,释放示踪气体;当房间中示踪气体的浓度达到平衡状态(约100×10-6)后,停止释放示踪气体;此时,开始送风,并打开排风口,同时记录测量点处示踪气体浓度随时间的变化情况,从而计算出测点处的空气龄值。
实验房间
实验房间尺寸为5.0m×3.5m×3.0m,有2个送风口(顶送A和侧送B)和5个排风口(1~5),如图1所示。送风口为圆形喷口,送风口A,B直径分别为15cm,21cm。排风口1~5分别为35cm×35cm,35cm×35cm,25cm×35cm,50cm×35cm,35cm×35cm的矩形风口。
图1 实验房间及测点位置
本文对8种强制通风方式A1,A4,A5,B1,B2,B3,B4,B5进行研究,其中大写字母表示送风口编号,数字表示排风口编号。例如,A1即为送风口为A,排风口为1的工况。在每种通风方式下,对5个测点(1)~(5)的浓度衰减进行测量。房间中风口及测点位置见图1。其中,进风口A中心点的坐标为(2500,3000,2100),进风口B中心点的坐标为(0,2605,2945),单位为mm。测点分别们于房间中心四等分点处。
2 实验结果
2.1 实验可靠性检验与数据处理方法
为检验示踪气体在通风房间实验的可靠性,在A1工况下,在测点(1960,1730,1640)处对示踪气体浓度衰减进行了3次测量,3次测量的示踪气体浓度如图2所示。从图中可以看出该实验的重复性较好。
图2 同一地点3次测得的浓度衰减曲线
计算空气龄时,考虑到红外线气体分析仪测量精度有限,当示踪气体浓度为10×10-6以下时,利用指数形式的拟合公式进行积分计算[2];而当示踪气体浓度为10×10-6以上时,则利用梯形法对实验数据进行积分计算;两部分之和除以测点处示踪气体初始浓度即为该测点的空气龄值。