地板送風(fēng)系統(tǒng)室內(nèi)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(nèi)的分布規(guī)律是評(píng)價(jià)室內(nèi)空氣品質(zhì)的一個(gè)重要方面。地板送風(fēng)空調(diào)方式與傳統(tǒng)的上送風(fēng)空調(diào)方式相比有風(fēng)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?。然?這種下送風(fēng)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(nèi)可吸入顆粒物的分布等問(wèn)題尚無(wú)系統(tǒng)的研究結(jié)果。本文結(jié)合理論與實(shí)驗(yàn)兩方面研究了地板送風(fēng)室內(nèi)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(xiàn)調(diào)研基礎(chǔ)上,闡述了研究室內(nèi)顆粒物運(yùn)動(dòng)分布規(guī)律的必需性,由顆粒物毒性與粒徑之間的關(guān)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(nèi)顆粒物運(yùn)動(dòng)分布和二次懸浮領(lǐng)域前人已取得的研究成果,總結(jié)出目前室內(nèi)顆粒物運(yùn)動(dòng)分布,尤其是二次懸浮特性的系統(tǒng)研究十分缺乏。
　　 (2)通過(guò)對(duì)地板送風(fēng)室內(nèi)顆粒物濃度水平的影響因素的理論分析,在前人相關(guān)研究的基礎(chǔ)上建立了預(yù)測(cè)室內(nèi)顆粒物濃度的質(zhì)量平衡模型(式2.5),并在

3、此基礎(chǔ)上提出考慮懸浮率隨時(shí)間衰減的修正模型(式5.21)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)了模型的正確性,同時(shí)分析影響顆粒物二次懸浮的因素,并通過(guò)正交試驗(yàn),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(shí)驗(yàn)得出送風(fēng)速度、人為活動(dòng)、初始地面顆粒積塵濃度及風(fēng)口形式對(duì)顆粒懸浮依次影響的程度。
　　 (3)為了研究地板送風(fēng)這種特殊流場(chǎng)下顆粒物行為特征,預(yù)先對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行了細(xì)致的研究,采納前人經(jīng)驗(yàn),選取更適合流動(dòng)模型,即對(duì)氣相采用了RNG k-ε模

4、型,改進(jìn)了近壁處流體湍流參數(shù)的解。對(duì)圓形風(fēng)口和旋流風(fēng)口的情況分別求出了數(shù)值解,特別對(duì)可以影響顆粒脫附的壁面處的切應(yīng)力和摩擦速度場(chǎng)進(jìn)行了求解。對(duì)比了選用圓形或旋流風(fēng)口時(shí),選取的多個(gè)測(cè)點(diǎn)速度測(cè)量值與相應(yīng)位置數(shù)值計(jì)算的結(jié)果,發(fā)現(xiàn)吻合較好,尤其是通過(guò)本文的邊界條件處理,旋流風(fēng)口的復(fù)雜流出情況可以得到與文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)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(jìn)行了圓形送風(fēng)口情況下的室內(nèi)流場(chǎng)粒子圖像速度場(chǎng)(PIV)實(shí)驗(yàn),進(jìn)一步精確驗(yàn)證

5、了實(shí)驗(yàn)小室流場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果。
　　 (4)基于顆粒物自壁面脫附機(jī)理,細(xì)致分析了湍流邊界亞層內(nèi)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(dòng)力學(xué)直徑為0.1～10μm顆粒應(yīng)考慮的曳力、剪切提升力等的模型。分析顆粒脫附的過(guò)程,得到了脫附條件。綜合附著力理論模型和經(jīng)驗(yàn)公式得到室內(nèi)流動(dòng)時(shí)壁面上的顆粒物脫附模型。
　　 (5)討論了懸浮的時(shí)間尺度,理論研究了顆粒物脫附后運(yùn)動(dòng),在充分考慮顆粒所受曳力

6、、重力、布朗力、提升力的基礎(chǔ)上,合理簡(jiǎn)化得到室內(nèi)顆粒物的運(yùn)動(dòng)方程,完善了拉格朗日方法計(jì)算室內(nèi)可吸入顆粒物分布模型與壁面邊界條件及計(jì)算方法。將室內(nèi)運(yùn)動(dòng)的顆粒結(jié)局歸結(jié)為懸浮、捕捉和排出3類,因?qū)κ覂?nèi)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(nèi)停留的時(shí)間。懸浮壽命可以由拉格朗日方法計(jì)算顆粒的軌跡得到,計(jì)算軌跡足夠多時(shí),就可以反映出顆粒平均懸浮壽命,作為評(píng)價(jià)室內(nèi)顆粒污染凈化性能的指標(biāo),其用于

7、工程模擬較為便利。
　　 (6)基于本文建立的室內(nèi)顆粒運(yùn)動(dòng)分布簡(jiǎn)化模型,研究了室內(nèi)顆粒物運(yùn)動(dòng)分布的模擬計(jì)算方法。首先采用文獻(xiàn)中流場(chǎng)和顆粒物濃度場(chǎng)的測(cè)量結(jié)果驗(yàn)證了模型的正確性,其次計(jì)算了室內(nèi)存在顆粒污染點(diǎn)源時(shí)顆粒濃度的分布,利用商業(yè)軟件Fluent中的離散相模型結(jié)合自定義函數(shù)模擬分析了穩(wěn)態(tài)下不同送風(fēng)參數(shù)和不同污染源位置的影響,為顆粒污染暴露量的預(yù)測(cè)及控制提供了便利方法。另外還模擬了地板送風(fēng)系統(tǒng)情況,人在室內(nèi)輕微走動(dòng)引起地面揚(yáng)塵,從