[发明专利]一种博物馆文物展柜换气率的二氧化碳数值检测方法

说明书

本发明涉及文物馆藏领域，具体公开了一种博物馆文物展柜换气率的二氧化碳数值检测方法，包括根据文物展柜的结构参数，利用CFD软件搭建该文物展柜的三维物理模型，使用实验测量结果对模型进行标定。本发明提供一种博物馆文物展柜换气率的二氧化碳数值检测方法，在虚拟空间内进行数字化实验，进而测量文物展柜的换气率，无需在真实展柜中加入二氧化碳示踪气体，对文物无损，也不影响文物的保存环境，对检测者和环境安全无害。

技术领域

本发明涉及文物馆藏领域，尤其涉及一种博物馆文物展柜换气率的二氧化碳数值检测方法。

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。

现目前，主要采取二氧化碳示踪气体实验检测法测定展柜换气率，方法如下：首先，向展柜中通入一定量的高浓度二氧化碳气体，随着展柜外的空气不断从展柜的缝隙中渗入柜内，柜内的高浓度二氧化碳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，柜内高浓度的二氧化碳气体被不断稀释，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，且柜外空气中的二氧化碳浓度为定值，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为展柜内二氧化碳浓度，C₁为柜内初始二氧化碳浓度，C₀为空气中二氧化碳浓度，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，在展柜中通入高浓度二氧化碳作为示踪气体，一定程度上改变了文物保存环境，不利于文物保存环境对于洁净、稳定的要求；第二，需要采购二氧化碳气源及相应的气体检测设备，且实验要求在一个恒温的环境中进行，对实验环境的高要求也带来了实验成本的上升；第三，该实验只能在恒定的环境下进行，环境温、湿度的变化会引起测量结果的偏差，因此所测得的结果并不能直接应用于不同的且实时变化的环境中。

因此，就需要一种快速且低成本的检测方法。

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博物馆文物展柜换气率的二氧化碳数值检测方法，基于CFD手段在虚拟空间当中进行数字化实验，进而测量换气率，无需在真实展柜中加入示踪气体，对文物无损，也不影响文物的保存环境，对检测者和环境安全无害。

为实现上述目的，本发明提供了一种博物馆文物展柜换气率的二氧化碳数值检测方法，包括以下步骤：

(1)根据文物展柜的结构参数，搭建该文物展柜的三维物理模型；