汽车内饰材料中挥发性有机物的非等温散发仿真计算方法技术

本发明专利技术提供了一种汽车内饰材料中挥发性有机物的非等温散发仿真计算方法，计算各温度段的材料VOC初始可散发浓度，并设定各温度段的材料VOC初始可散发浓度潜能；通过有限元分析构建材料VOC散发几何仿真模型；获得各网格节点上的各温度段材料VOC逐时可散发浓度、材料VOC逐时可散发浓度及空气VOC逐时散发浓度，通过调节温度条件，获得材料中VOC可散发浓度的管控目标值、获得材料VOC在变化的温度条件下经一定时间散发到周围空气中的空气VOC逐时浓度值。本发明专利技术所述的汽车内饰材料中挥发性有机物的非等温散发仿真计算方法，仿真结果的可靠性较高，进而使基于仿真结果设定的材料中VOC浓度的管控目标值及其配套的仓储温度控制方案的可靠性较高。方案的可靠性较高。方案的可靠性较高。

【技术实现步骤摘要】
汽车内饰材料中挥发性有机物的非等温散发仿真计算方法


[0001]本专利技术属于有机物分析领域，尤其是涉及一种汽车内饰材料中挥发性有机物的非等温散发仿真计算方法。

技术介绍

[0002]座椅、仪表板、地毯、顶棚、密封条等汽车内饰，一般由塑料、皮革、胶粘剂等石化产品制成，内含一定量的苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛等挥发性有机物(VOC)成分，将在消费者用车期间持续散发。通过降低装车前内饰所含VOC的浓度，可有效改善车内空气质量，保障驾乘人员身体健康。
[0003]汽车内饰材料内含的VOC会在浓度梯度的驱动下向周围空气中散发，该过程受环境温度的影响较大且比较复杂。一方面，环境温度越高，VOC在材料中和空气中的扩散系数越大，在材料—空气界面处的分配系数越小，越容易从材料内部扩散到空气中，从而使材料内含的VOC浓度越快地减小；另一方面，环境温度越高，材料VOC的分子动能越大，从而使材料内含的VOC的可散发浓度不降反增。针对上述非等温条件下VOC的复杂散发情况，目前尚没有符合气体散发机理的仿真计算方法，严重影响了内饰材料中VOC浓度目标设定、内饰材料仓储温度控制方案制定等工作的开展。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种汽车内饰材料中挥发性有机物的非等温散发仿真计算方法，以解决内饰材料中VOC浓度目标较难设定、内饰材料仓储温度控制方案较难制定的问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0006]汽车内饰材料中挥发性有机物的非等温散发仿真计算方法，具体方法如下：
[0007]S1、设定材料VOC散发过程中的逐时温度C(t)，确定仿真温度范围，进行温度段的划分，计算各温度段的材料VOC初始可散发浓度，并设定各温度段材料VOC初始可散发浓度潜能；
[0008]S2、计算仿真温度范围内，各逐时温度下的材料VOC扩散系数Dm(C(t))、各逐时温度下的材料VOC分配系数K(C(t))；
[0009]S3、计算仿真温度范围，各逐时温度下的空气中VOC扩散系数Da(C(t))；
[0010]S4、计算材料VOC仿真散发初始时刻温度C(t0)下，材料VOC初始可散发浓度Cm(C(t0))；
[0011]S5、通过有限元分析构建材料VOC散发几何仿真模型，设置材料网格、材料—空气界面处网格、空气网格，根据Cm(C(t0))、Dm(C(t0))、K(C(t0))、Da(C(t0))，并结合菲克第二扩散定律及亨利定律，对每种类型的网格进行网格划分并设定网格节点参数，设定仿真散发的总时长t_total和仿真计算的时间步进t_step；
[0012]S6、仿真计算得到散发了一个时间步进后各网格节点上材料VOC可散发浓度Cm及
空气VOC散发浓度Ca；
[0013]S7、根据散发了一个时间步进后的温度C(t
‑
t_step)及小于等于该温度C(t
‑
t_step)的各温度段的初始可散发浓度潜能，将各网格节点上的材料VOC可散发浓度Cm按各温度段初始可散发浓度潜能Cm0p_Temp的相对比例分配，并赋值给温度小于等于C(t
‑
t_step)的各温度段初始可散发浓度Cm0v_Temp；
[0014]S8、根据步骤S7获得散发了一个时间步进后的各温度段初始可散发浓度Cm0v_Temp，计算下一个时步开始时的温度C(t)，计算小于等于该温度C(t)的各温度段的初始可散发浓度的加和，并把加和的结果更新给各网格节点上的材料VOC可散发浓度Cm；
[0015]S9、判断当前的仿真时长t是否小于仿真总时长t_total，若是，则更新材料VOC散发几何仿真模型网格节点Dm(C(t))、K(C(t))、Da(C(t))后，重复步骤S6
‑
S8；若否，则仿真计算结束，输出各网格节点上的各温度段材料VOC逐时可散发浓度Cm0v_Temp(t)、材料VOC逐时可散发浓度Cm(t)及空气VOC逐时散发浓度Ca(t)，计算材料网格中各网格节点逐时可散发浓度平均值及空气网格中各网格节点逐时散发浓度平均值。
[0016]进一步的，步骤S1中，确定仿真温度范围，进行温度段的划分，计算各温度段的材料VOC初始可散发浓度，并设定各温度段材料VOC初始可散发浓度潜能，具体方法如下：
[0017]S11、开展材料VOC散发测试，得到25℃和65℃恒温条件下的材料VOC散发参数，包括25℃条件下的初始可散发浓度Cm0_25mg/m3、65℃条件下的初始可散发浓度Cm0_65mg/m3、25℃条件下的扩散系数Dm_25m2/s、65℃条件下的扩散系数Dm_65m2/s、25℃条件下的分配系数K_25、65℃条件下的分配系数K_65；
[0018]S12、执行温度效应方程参数拟合，根据25℃和65℃恒温条件下的材料VOC散发参数得到用于计算任意温度下的材料VOC初始可散发浓度的Cm0_a和Cm0_b、材料内VOC扩散系数的Dm_a和Dm_b、材料—空气界面处的VOC分配系数的K_a和K_b；
[0019]其中：
[0020]Cm0_b＝
‑
2518.1
×
(log(Cm0_65/Cm0_25)+0.5
×
0.1259)
[0021]Cm0_a＝Cm0_25/(298.15^(
‑
0.5)
×
exp(Cm0_b/298.15))
[0022]Dm_b＝
‑
2518.1
×
(log(Dm_65/Dm_25)
‑
1.25
×
0.1259)
[0023]Dm_a＝Dm_25/(298.15^(1.25)
×
exp(Dm_b/298.15))
[0024]K_b＝
‑
2518.1
×
(log(K_65/K_25)
‑
0.5
×
0.1259)
[0025]K_a＝K_25/(298.15^(0.5)
×
exp(K_b/298.15))；
[0026]S13、设定仿真温度范围为(25～65)℃，进行温度段的划分，具体方法为划分(25～65)℃范围内每1℃划分一个温度段，Temp＝25,26,
…
,65；
[0027]S14、根据材料VOC初始可散发浓度参数，计算各温度段的材料VOC初始可散发浓度，并设定各温度段材料VOC初始可散发浓度潜能。
[0028]进一步的，步骤S14中，根据材料VOC初始可散发浓度参数，计算各温度段的材料VOC初始可散发浓度，具体计算方法：
[0029]根据Cm0_a和Cm0_b，计算得到(25～65)℃范围内各温度段的初始可散发浓度Cm0v_25mg/m3，Cm0v_26mg/m3，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.汽车内饰材料中挥发性有机物的非等温散发仿真计算方法，其特征在于：具体方法如下：S1、设定材料VOC散发过程中的逐时温度C(t)，确定仿真温度范围，进行温度段的划分，计算各温度段的材料VOC初始可散发浓度，并设定各温度段材料VOC初始可散发浓度潜能；S2、计算仿真温度范围内，各逐时温度下的材料VOC扩散系数Dm(C(t))、各逐时温度下的材料VOC分配系数K(C(t))；S3、计算仿真温度范围，各逐时温度下的空气中VOC扩散系数Da(C(t))；S4、计算材料VOC仿真散发初始时刻温度C(t0)下，材料VOC初始可散发浓度Cm(C(t0))；S5、通过有限元分析构建材料VOC散发几何仿真模型，设置材料网格、材料—空气界面处网格、空气网格，根据Cm(C(t0))、Dm(C(t0))、K(C(t0))、Da(C(t0))，并结合菲克第二扩散定律及亨利定律，对每种类型的网格进行网格划分并设定网格节点参数，设定仿真散发的总时长t_total和仿真计算的时间步进t_step；S6、仿真计算得到散发了一个时间步进后各网格节点上材料VOC可散发浓度Cm及空气VOC散发浓度Ca；S7、根据散发了一个时间步进后的温度C(t
‑
t_step)及小于等于该温度C(t
‑
t_step)的各温度段的初始可散发浓度潜能，将各网格节点上的材料VOC可散发浓度Cm按各温度段初始可散发浓度潜能Cm0p_Temp的相对比例分配，并赋值给温度小于等于C(t
‑
t_step)的各温度段初始可散发浓度Cm0v_Temp；S8、根据步骤S7获得散发了一个时间步进后的各温度段初始可散发浓度Cm0v_Temp，计算下一个时步开始时的温度C(t)，计算小于等于该温度C(t)的各温度段的初始可散发浓度的加和，并把加和的结果更新给各网格节点上的材料VOC可散发浓度Cm；S9、判断当前的仿真时长t是否小于仿真总时长t_total，若是，则更新材料VOC散发几何仿真模型网格节点Dm(C(t))、K(C(t))、Da(C(t))后，重复步骤S6
‑
S8；若否，则仿真计算结束，输出各网格节点上的各温度段材料VOC逐时可散发浓度Cm0v_Temp(t)、材料VOC逐时可散发浓度Cm(t)及空气VOC逐时散发浓度Ca(t)，计算材料网格中各网格节点逐时可散发浓度平均值及空气网格中各网格节点逐时散发浓度平均值。2.根据权利要求1所述的汽车内饰材料中挥发性有机物的非等温散发仿真计算方法，其特征在于：步骤S1中，确定仿真温度范围，进行温度段的划分，计算各温度段的材料VOC初始可散发浓度，并设定各温度段材料VOC初始可散发浓度潜能，具体方法如下：S11、开展材料VOC散发测试，得到25℃和65℃恒温条件下的材料VOC散发参数，包括25℃条件下的初始可散发浓度Cm0_25mg/m3、65℃条件下的初始可散发浓度Cm0_65mg/m3、25℃条件下的扩散系数Dm_25m2/s、65℃条件下的扩散系数Dm_65m2/s、25℃条件下的分配系数K_25、65℃条件下的分配系数K_65；S12、执行温度效应方程参数拟合，根据25℃和65℃恒温条件下的材料VOC散发参数得到用于计算任意温度下的材料VOC初始可散发浓度的Cm0_a和Cm0_b、材料内VOC扩散系数的Dm_a和Dm_b、材料—空气界面处的VOC分配系数的K_a和K_b；其中：Cm0_b＝
‑
2518.1
×
(log(Cm0_65/Cm0_25)+0.5
×
0.1259)Cm0_a＝Cm0_25/(298.15^(
‑
0.5)
×
exp(Cm0_b/298.15))
Dm_b＝
‑
2518.1
×
(log(Dm_65/Dm_25)
‑
1.25
×
0.1259)Dm_a＝Dm_25/(298.15^(1.25)
×
exp(Dm_b/298.15))K_b＝
‑
2518.1
×
(log(K_65/K_25)
‑
0.5
×
0.1259)K_a＝K_25/(298.15^(0.5)
×
exp(K_b/298.15))；S13、设定仿真温度范围为(25～65)℃，进行温度段的划分，具体方法为划分(25～65)℃范围内每1℃划分一个温度段，Temp＝25,26,
…
,65；S14、根据材料VOC初始可散发浓度参数，计算各温度段的材料VOC初始可散发浓度，并设定各温度段材料VOC初始可散发浓度潜能。3.根据权利要求2所述的汽车内饰材料中挥发性有机物的非等温散发仿真计算方法，其特征在于：步骤S14中，根据材料VOC初始可散发浓度参数，计算各温度段的材料VOC初始可散发浓度，具体计算方法：根据Cm0_a和Cm0_b，计算得到(25～65)℃范围内各温度段的初始可散发浓度Cm0v_25mg/m3，Cm0v_26mg/m3，Cm0v_27mg/m3，
……
，Cm0v_65mg/m3；Cm0v_25＝Cm0_a
×
(25+273.15)^
‑
0.5
×
exp(Cm0_b/(25+273.15))；Cm0v_Temp
’
＝Cm0_a
×
(Temp+273.15)^
‑
0.5
×
exp(Cm0_b/(Temp+273.15))
‑
Cm0_a
×
(Temp
‑
1+273.15)^
‑
0.5
×
exp(Cm0_b/(Temp
‑
1+273.15))，Temp
’
＝26,27,
…
,65；设定各温度段材料VOC初始可散发浓度潜能，具体方法：设定(25～65)℃范围内各温度段材料VOC初始可散发浓度潜能Cm0p_25mg/m3，Cm0p_26mg/m3，Cm0p_27mg/m3，
……
，Cm0p_65mg/m3，其中：Cm0p_Temp＝Cm0v_Temp，Temp＝25,26,
…<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，郭宇辰，朱振宇，崔晨，田博阳，王雷，任凯旭，刘雪峰，任家宝，何绍清，李岩，齐亮，国建胜，徐树杰，赵冬昶，张鹏，冯屹，
申请(专利权)人：中汽数据有限公司中汽数据天津有限公司，
类型：发明
国别省市：