氣溶膠顆粒在通風(fēng)空調(diào)風(fēng)管系統(tǒng)中沉降規(guī)律的研究.pdf

1、本文在對(duì)典型建筑進(jìn)行實(shí)測(cè)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)顆粒物在通風(fēng)空調(diào)風(fēng)管系統(tǒng)中的沉降規(guī)律進(jìn)行了深入的理論、實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究。主要研究工作和成果有： (1) 通過(guò)大量文獻(xiàn)的調(diào)研，總結(jié)了氣溶膠顆粒污染及對(duì)人體健康的影響、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)的影響和氣溶膠顆粒物在通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中的分布運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以及消除和降低顆粒物污染的方法及其效果。同時(shí)，在介紹氣溶膠顆粒物的基本概念的基礎(chǔ)上，分析了顆粒物在紊流近壁邊界層中的運(yùn)動(dòng)機(jī)理及與壁面間的相互作用。

2、 (2)在對(duì)前人解析法預(yù)測(cè)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化和改進(jìn)后，提出了考慮顆粒沉降所形成的粗糙度的解析法模型，編制了充分發(fā)展紊流中顆粒沉降規(guī)律的解析法預(yù)測(cè)程序PDAPM。通過(guò)與經(jīng)典實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較和顆粒沉降機(jī)理的分析可以證明，本文提出的解析法模型能很好地預(yù)測(cè)通風(fēng)空調(diào)管道中紊流充分發(fā)展段顆粒物的沉降規(guī)律。本文提出的解析法預(yù)測(cè)模型表明，影響顆粒沉降的主要是y<'+>≤10區(qū)間的流場(chǎng)參數(shù)，也就是說(shuō)主要是粘性次層和緩沖層中的流場(chǎng)參數(shù)。而壁面粗糙度對(duì)顆粒(尤

3、其是粒徑適中的顆粒)的沉降速度影響很大。相同條件下，風(fēng)管中風(fēng)速越大，同一粒徑顆粒的無(wú)量綱沉降速度也越大。這些結(jié)論增進(jìn)了人們對(duì)顆粒沉降機(jī)理的理解和認(rèn)識(shí)。 (3)對(duì)長(zhǎng)沙市區(qū)內(nèi)一棟公共建筑的中央空調(diào)風(fēng)管系統(tǒng)中顆粒濃度分布和底面上顆粒沉降量進(jìn)行了實(shí)測(cè)研究。經(jīng)過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)結(jié)果的分析，得到了以下結(jié)論：由于室內(nèi)有香煙等較嚴(yán)重的污染源，且回風(fēng)口距離污染源較近，回風(fēng)管中顆粒物濃度和沉降量都比送風(fēng)管中的高；送風(fēng)管中由于顆粒沉降沿流向顆粒物濃度有衰減的趨

4、勢(shì)。由于長(zhǎng)沙冬季大氣污染較夏季嚴(yán)重，所以冬季風(fēng)管中顆粒濃度和沉降量都大于夏季的相同地點(diǎn)的值。風(fēng)管底面上顆粒沉降量的影響因素主要有風(fēng)速、污染源的強(qiáng)度、距離污染源的遠(yuǎn)近等。 (4)利用自己設(shè)計(jì)的氣溶膠發(fā)生裝置在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)單分散性較好的滑石粉顆粒在不同寬高比的風(fēng)管系統(tǒng)中的沉降規(guī)律進(jìn)行了較系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)所用的無(wú)紡布和鋁箔紙直接取樣的方法可靠性較高、可重復(fù)性較強(qiáng)，在接近充分發(fā)展直管段測(cè)得的沉降速度與本文提出的解析

5、法預(yù)測(cè)模型的結(jié)果吻合較好。而針對(duì)90°彎管下游直管中顆粒沉降規(guī)律的分析發(fā)現(xiàn)二次流對(duì)彎管出口附近側(cè)壁上顆粒沉降速度有明顯影響。根據(jù)顆粒沉降的機(jī)理和測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提出了一個(gè)長(zhǎng)直風(fēng)管中接近充分發(fā)展段顆粒沉降速度的經(jīng)驗(yàn)公式，該經(jīng)驗(yàn)公式可以用于實(shí)際通風(fēng)空調(diào)風(fēng)管系統(tǒng)中顆粒沉降量的計(jì)算。 (5)在傳統(tǒng)線性各向同性渦粘性紊流模式和非線性各向異性兩方程模式的基礎(chǔ)上，提出了簡(jiǎn)化的非線性k-ω兩方程紊流模式。針對(duì)充分發(fā)展矩形風(fēng)管的流場(chǎng)，重點(diǎn)對(duì)垂直流向斷面上

6、的二次流進(jìn)行了模擬。模擬結(jié)果證實(shí)非線性k-ω兩方程模式能夠較準(zhǔn)確地模擬出垂直流向斷面上的二次流，也能模擬出粗糙壁面律的基本趨勢(shì)。對(duì)長(zhǎng)直風(fēng)管中流場(chǎng)的模擬中發(fā)現(xiàn)，RNGk-ε兩方程模式和簡(jiǎn)化的非線性k-ω兩方程模式都能較好地模擬出長(zhǎng)直風(fēng)管中線風(fēng)速沿流向的變化。而非線性模式的近壁區(qū)脈動(dòng)速度模擬結(jié)果與線性渦粘性模式的相比，更接近DNS的模擬結(jié)果。對(duì)于彎管及其下游直管段中流場(chǎng)的模擬，相對(duì)線性模式的模擬結(jié)果簡(jiǎn)化的非線性k-ω模式的模擬結(jié)果也與實(shí)驗(yàn)值

7、更接近。 (6)在長(zhǎng)直風(fēng)管和彎管中流場(chǎng)模擬的基礎(chǔ)上，利用拉格朗日軌道模型計(jì)算了流場(chǎng)中顆粒分布沉降的規(guī)律。通過(guò)長(zhǎng)直風(fēng)管中接近充分發(fā)展段的模擬結(jié)果與本文提出的解析法模型預(yù)測(cè)結(jié)果和經(jīng)典實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較，發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)化的非線性k-ω兩方程模式流場(chǎng)中顆粒沉降的模擬結(jié)果明顯優(yōu)于RNGk-ε兩方程模式流場(chǎng)中顆粒沉降的模擬結(jié)果，尤其對(duì)于粒徑較小的顆粒。比較不同粒徑顆粒在長(zhǎng)直風(fēng)管中沿流向沉降速度韻分布可以發(fā)現(xiàn)，從進(jìn)口開(kāi)始，顆粒沉降速度呈下降趨勢(shì)，而粒徑適