人體呼吸流動(dòng)特征的PIV實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、近些年以來呼吸性傳染疾病頻發(fā)，研究證實(shí)呼吸性傳染疾病通過呼吸中的細(xì)小顆粒傳播，而這些顆粒粒徑都小于10μm，具有很好的氣流跟隨性，因此人體呼吸行為可能是室內(nèi)潛在的污染物源，尤其是在空間狹小的封閉空間內(nèi)，例如飛機(jī)座艙內(nèi)。然而咳嗽和打噴嚏引起人們的高度重視，正常呼吸過程沒有引起重視，研究發(fā)現(xiàn)正常呼吸過程中也還有大量的病原體顆粒。因此，研究呼吸流動(dòng)特征，得到準(zhǔn)確的邊界條件并提出準(zhǔn)確的CFD數(shù)值模型，對(duì)于控制呼吸性傳染病的傳播有很大的意義。

2、r>　　本研究中采用呼吸暖體假人代替真實(shí)人體，在一個(gè)封閉的環(huán)境艙內(nèi)，采用TR PIV進(jìn)行流場(chǎng)的測(cè)量，同時(shí)采用熱線高頻測(cè)速儀測(cè)量假人嘴部速度隨時(shí)間的變化，使用高頻熱電偶測(cè)量假人嘴部出口溫度隨時(shí)間變化，來驗(yàn)證呼吸假人的靠性。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用相位平均法進(jìn)行分析，分析呼吸流動(dòng)的湍流特性。主要目的是通過實(shí)驗(yàn)為CFD數(shù)值模擬提供準(zhǔn)確的邊界條件，為CFD數(shù)值模擬提供可靠驗(yàn)證數(shù)據(jù)，深入分析呼吸流動(dòng)特征，為控制傳染疾病的傳播提供支持。
　　研究發(fā)現(xiàn)本文

3、中呼吸暖體假人能模擬真實(shí)人體的呼吸量、呼吸頻率，同時(shí)呼吸溫度與真實(shí)人體也很相似，滿足實(shí)驗(yàn)要求。同時(shí)發(fā)現(xiàn)假人呼氣，嘴部出口速度在每一相位不是平坦的，而是呈現(xiàn)鐘型的，而吸氣過程每一相位出口速度可以認(rèn)為是平坦的，這也為CFD模擬提供了準(zhǔn)確的邊界條件。呼吸流動(dòng)過程中在開始相位，呼吸射流呈現(xiàn)出蘑菇狀流動(dòng)，隨后逐步發(fā)展，在中間相位時(shí)表現(xiàn)出了射流特性，等溫工況下擴(kuò)散角約為21°。吸氣過程，呼吸區(qū)呈現(xiàn)為半球狀。同時(shí)加熱工況下，熱羽流與熱浮力作用也被分析

4、，呼氣過程，熱羽流促進(jìn)污染物擴(kuò)散；吸氣過程，熱羽流促進(jìn)呼吸區(qū)空氣循環(huán)。同時(shí)也得到了呼吸過程各個(gè)相位的渦量場(chǎng)以及湍流度的分布。發(fā)現(xiàn)在呼吸轉(zhuǎn)變的過程嘴部出口湍流脈動(dòng)非常強(qiáng)烈，下半周期的平均湍流脈動(dòng)相對(duì)上半周期湍流脈動(dòng)更加強(qiáng)烈，同時(shí)得到了各個(gè)相位嘴部出口的湍流脈動(dòng)，可以作為CFD的湍流邊界信息。法向湍流脈動(dòng)小于流向湍流脈動(dòng)，最大流向相對(duì)湍流脈動(dòng)為34％，法向?yàn)?5%，法向湍流脈動(dòng)的發(fā)展過程滯后于流向湍流脈動(dòng)。同時(shí)得到了鼻孔呼吸時(shí)的流場(chǎng)征。對(duì)比