地板送風系統(tǒng)室內可吸入顆粒物分布及二次懸浮特性研究.pdf

1、可吸入顆粒物作為危害人體健康的一類重要污染物,其在室內的分布規(guī)律是評價室內空氣品質的一個重要方面。地板送風空調方式與傳統(tǒng)的上送風空調方式相比有風口布置方便靈活和明顯的節(jié)能效果等優(yōu)越性,因此具有很好的發(fā)展?jié)摿ΑＨ欢?這種下送風的氣流組織形式是否易使地面及其他壁面可吸入顆粒物發(fā)生二次懸浮、且如何影響室內可吸入顆粒物的分布等問題尚無系統(tǒng)的研究結果。本文結合理論與實驗兩方面研究了地板送風室內可吸入顆粒物的分布和二次懸浮特性。主要完成了如下工作:

2、
　　 (1)在大量的文獻調研基礎上,闡述了研究室內顆粒物運動分布規(guī)律的必需性,由顆粒物毒性與粒徑之間的關聯(lián)分析了研究不同粒徑顆粒物分布規(guī)律的必要性；回顧了室內顆粒物運動分布和二次懸浮領域前人已取得的研究成果,總結出目前室內顆粒物運動分布,尤其是二次懸浮特性的系統(tǒng)研究十分缺乏。
　　 (2)通過對地板送風室內顆粒物濃度水平的影響因素的理論分析,在前人相關研究的基礎上建立了預測室內顆粒物濃度的質量平衡模型(式2.5),并在

3、此基礎上提出考慮懸浮率隨時間衰減的修正模型(式5.21)。通過實驗檢驗了模型的正確性,同時分析影響顆粒物二次懸浮的因素,并通過正交試驗,討論了涉及不同粒徑顆粒物的二次懸浮的影響因素。懸浮率影響因子實驗得出送風速度、人為活動、初始地面顆粒積塵濃度及風口形式對顆粒懸浮依次影響的程度。
　　 (3)為了研究地板送風這種特殊流場下顆粒物行為特征,預先對流場進行了細致的研究,采納前人經(jīng)驗,選取更適合流動模型,即對氣相采用了RNG k-ε模

4、型,改進了近壁處流體湍流參數(shù)的解。對圓形風口和旋流風口的情況分別求出了數(shù)值解,特別對可以影響顆粒脫附的壁面處的切應力和摩擦速度場進行了求解。對比了選用圓形或旋流風口時,選取的多個測點速度測量值與相應位置數(shù)值計算的結果,發(fā)現(xiàn)吻合較好,尤其是通過本文的邊界條件處理,旋流風口的復雜流出情況可以得到與文獻實驗吻合得很好的解。還制作了幾何比例為1:10的水模,利用相似原理進行了圓形送風口情況下的室內流場粒子圖像速度場(PIV)實驗,進一步精確驗證

5、了實驗小室流場的計算結果。
　　 (4)基于顆粒物自壁面脫附機理,細致分析了湍流邊界亞層內顆粒物的受力,完善了固體相(顆粒物)在近壁處流體力的描述,并確定了本文涉及的空氣動力學直徑為0.1～10μm顆粒應考慮的曳力、剪切提升力等的模型。分析顆粒脫附的過程,得到了脫附條件。綜合附著力理論模型和經(jīng)驗公式得到室內流動時壁面上的顆粒物脫附模型。
　　 (5)討論了懸浮的時間尺度,理論研究了顆粒物脫附后運動,在充分考慮顆粒所受曳力

6、、重力、布朗力、提升力的基礎上,合理簡化得到室內顆粒物的運動方程,完善了拉格朗日方法計算室內可吸入顆粒物分布模型與壁面邊界條件及計算方法。將室內運動的顆粒結局歸結為懸浮、捕捉和排出3類,因對室內人員呼吸暴露量起作用的是其中的懸浮顆粒,因而給出顆粒懸浮壽命的概念,表示顆粒排出或被捕獲之前在室內停留的時間。懸浮壽命可以由拉格朗日方法計算顆粒的軌跡得到,計算軌跡足夠多時,就可以反映出顆粒平均懸浮壽命,作為評價室內顆粒污染凈化性能的指標,其用于

7、工程模擬較為便利。
　　 (6)基于本文建立的室內顆粒運動分布簡化模型,研究了室內顆粒物運動分布的模擬計算方法。首先采用文獻中流場和顆粒物濃度場的測量結果驗證了模型的正確性,其次計算了室內存在顆粒污染點源時顆粒濃度的分布,利用商業(yè)軟件Fluent中的離散相模型結合自定義函數(shù)模擬分析了穩(wěn)態(tài)下不同送風參數(shù)和不同污染源位置的影響,為顆粒污染暴露量的預測及控制提供了便利方法。另外還模擬了地板送風系統(tǒng)情況,人在室內輕微走動引起地面揚塵,從