[发明专利]一种基于CFD的文物展柜换气率检测方法

说明书

本发明涉及文物馆藏领域，具体公开了一种基于CFD的文物展柜换气率检测方法，包括以下步骤：S1、绘制该文物展柜的三维模型；S2、记录从起始时刻起柜外温湿度的实验检测结果与柜内二氧化碳浓度随时间变化的实验检测结果；S3、获取柜内二氧化碳浓度随时间变化的数值检测结果；S4、获取经二氧化碳标定后的展柜三维CFD模型；S5、选取与空气分子质量接近的示踪气体，获取柜内示踪气体浓度随时间变化的数值检测结果；S6、通过函数回归得到展柜换气率。本发明在准确、方便、低成本、对人和环境无害的前提下，使用与空气分子质量更为接近的气体作为示踪气体，在虚拟空间内，以数值实验的手段实现对博物馆文物展柜换气率的检测，得到更准确的展柜换气率。

技术领域

本发明涉及文物馆藏领域，尤其涉及一种基于CFD的文物展柜换气率检测方法。

背景技术

展柜密封性是评价展柜质量的重要指标；密封性好的展柜能够一定程度上隔绝外界空气中的污染物，从而有效降低外界环境污染物对展柜内环境的影响，同时对外界环境的湿度变化具有缓冲作用，因此展柜的密封性能也是制定柜内湿度调控措施的主要依据；展柜的密封性通常由展柜换气率来表示，即无外加动力、无压力差的情况下，一天内由展柜外进入展柜内空气的体积与该展柜的容积之比。

目前，主要采取示踪气体检测法测定展柜换气率，常用的示踪气体有二氧化碳、一氧化二氮、一氧化氮、一氧化碳、乙烯等。具体方法如下：首先向展柜中通入一定量的高浓度的示踪气体，随着展柜外的空气不断从展柜的缝隙中渗入柜内，柜内的高浓度的示踪气体也同时通过展柜缝隙渗出柜外，随着柜内外的气体交换，柜内高浓度的示踪气体被不断稀释，由于柜内外无压力差，同一时间内进入展柜的气体量与渗出展柜的气体量是相同的，且柜外空气中的示踪气体浓度为定值，即通过下述公式可以计算得出展柜的换气率：

C-C₁＝(C₀-C₁)·exp(-R₀·t)；

式中，C为展柜内示踪气体浓度，C₁为柜内初始示踪气体浓度，C₀为空气中示踪气体浓度，t为时间，R₀为展柜换气率，q为单位时间内展柜的进气量，V为展柜体积。

然而，该实验方法还可以进一步改进：第一，采用二氧化碳作为示踪气体时，二氧化碳的分子质量比空气的分子质量大，在实际的实验中，二氧化碳容易在展柜的底部沉降，无法与柜内空气充分混合，从而影响检测结果；第二，采用一氧化碳、一氧化氮等作为示踪气体进行实验检测时对人体有很大的毒性，对检测人员和设备要求高，不宜在博物馆等场所使用；第三，采用乙烯作为示踪气体进行实验检测时，操作复杂，检测成本高昂，难以在博物馆中推广使用。因此，就需要一种准确、安全且低成本的展柜换气率检测方法。

近年来，随着计算机技术及流体力学的发展，越来越多的实际工程问题都可以应用数值模拟技术来解决。CFD即计算流体力学(Computational Fluid Dynamics)，是流体力学和计算机科学相互融合的一门新兴交叉学科，它从计算方法出发，利用计算机快速的计算能力得到流体控制方程的近似解；计算流体力学的基本特征是数值模拟和计算机实验，它从基本物理定理出发，在很大程度上替代了耗资巨大的流体动力学实验设备，在科学研究和工程技术中产生巨大的影响；CFD软件通常指商业化的CFD程序，具有良好的人机交互界面，目前比较主流的CFD软件有CFX、Fluent、Phoenics、Star-CD、Comsol、Star-ccm+、Flow-3D等。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于CFD的文物展柜换气率检测方法，基于CFD工具在虚拟空间中进行数值实验，进而测量换气率，该方法在准确、方便、低成本、对人和环境无害的前提下，使用与空气分子质量更为接近的气体作为示踪气体，在虚拟空间内，以数值实验手段实现对博物馆文物展柜换气率的检测，得到更为准确的博物馆文物展柜换气率。