人體呼吸流動特征的PIV實驗研究.pdf

1、近些年以來呼吸性傳染疾病頻發(fā)，研究證實呼吸性傳染疾病通過呼吸中的細小顆粒傳播，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，研究呼吸流動特征，得到準確的邊界條件并提出準確的CFD數(shù)值模型，對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人體，在一個封閉的環(huán)境艙內(nèi)，采用TR PIV進行流場的測量，同時采用熱線高頻測速儀測量假人嘴部速度隨時間的變化，使用高頻熱電偶測量假人嘴部出口溫度隨時間變化，來驗證呼吸假人的靠性。實驗數(shù)據(jù)采用相位平均法進行分析，分析呼吸流動的湍流特性。主要目的是通過實驗為CFD數(shù)值模擬提供準確的邊界條件，為CFD數(shù)值模擬提供可靠驗證數(shù)據(jù)，深入分析呼吸流動特征，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人體的呼吸量、呼吸頻率，同時呼吸溫度與真實人體也很相似，滿足實驗要求。同時發(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為是平坦的，這也為CFD模擬提供了準確的邊界條件。呼吸流動過程中在開始相位，呼吸射流呈現(xiàn)出蘑菇狀流動，隨后逐步發(fā)展，在中間相位時表現(xiàn)出了射流特性，等溫工況下擴散角約為21°。吸氣過程，呼吸區(qū)呈現(xiàn)為半球狀。同時加熱工況下，熱羽流與熱浮力作用也被分析

4、，呼氣過程，熱羽流促進污染物擴散；吸氣過程，熱羽流促進呼吸區(qū)空氣循環(huán)。同時也得到了呼吸過程各個相位的渦量場以及湍流度的分布。發(fā)現(xiàn)在呼吸轉(zhuǎn)變的過程嘴部出口湍流脈動非常強烈，下半周期的平均湍流脈動相對上半周期湍流脈動更加強烈，同時得到了各個相位嘴部出口的湍流脈動，可以作為CFD的湍流邊界信息。法向湍流脈動小于流向湍流脈動，最大流向相對湍流脈動為34％，法向為25%，法向湍流脈動的發(fā)展過程滯后于流向湍流脈動。同時得到了鼻孔呼吸時的流場征。對比