室內(nèi)細(xì)顆粒物熱泳效應(yīng)研究.pdf

1、室內(nèi)環(huán)境是人類生活和工作的主要地點，因此室內(nèi)空氣品質(zhì)已經(jīng)成為全球關(guān)注的一大問題。較小粒徑的顆粒物可以進(jìn)入人體內(nèi)部，干擾人體器官的正常運行，進(jìn)而引發(fā)一系列疾病。同時，細(xì)顆粒物沉降到工業(yè)產(chǎn)品、電子設(shè)備等表面，還能引起產(chǎn)品表面的腐蝕以及設(shè)備的損壞。因此展開對室內(nèi)細(xì)顆粒物動力行為的研究具有重要現(xiàn)實意義。
　　目前為止，國內(nèi)外關(guān)于細(xì)顆粒物的動力學(xué)、不同室內(nèi)環(huán)境下顆粒物運動特性以及熱泳效應(yīng)對于室內(nèi)顆粒物運動特性影響的研究都已經(jīng)有了一定發(fā)展，但

2、是對于不同粒徑以及不同溫度梯度下熱泳效應(yīng)的大小以及熱泳效應(yīng)對于顆粒沉降的具體影響程度的相關(guān)研究還很少。本文對室內(nèi)空間流場特征及近壁面的高溫度梯度區(qū)域內(nèi)單個顆粒的受力進(jìn)行了理論分析及數(shù)值模擬，對比了重力、阻力、熱泳力及Saffman力的大小，同時討論了不同溫度梯度情況下不同粒徑顆粒的受力情況以及熱泳效應(yīng)對顆粒物沉降速度的影響，得到了熱泳效應(yīng)的初步規(guī)律。主要研究內(nèi)容有以下幾點：
　　首先，從體積分?jǐn)?shù)與松弛時間兩個方面進(jìn)行了理論分析，判

3、定室內(nèi)的空氣-顆粒兩相流屬于稀疏兩相流，從而為對室內(nèi)流場中顆粒物熱泳效應(yīng)影響下運動的數(shù)值模擬確定了條件；環(huán)境中溫度梯度的存在會進(jìn)而導(dǎo)致顆粒的不均勻分布，而亞微米顆粒物的碰撞凝并概率與濃度分布之間有著密切的聯(lián)系，因此為了對考慮熱泳效應(yīng)情況下顆粒物的運動模型進(jìn)行一定的完善，本文建立了顆粒物碰壁數(shù)及顆粒之間碰撞的概率模型，并對碰撞結(jié)果進(jìn)行了分析，得出隨著碰撞初速度以及顆粒數(shù)密度的增加，亞微米顆粒碰撞后發(fā)生凝并的可能性也會增加，因此熱泳存在下，

4、在數(shù)密度及速度較大的情況下，亞微米顆粒的運動需要適當(dāng)考慮顆粒間的碰撞；為確定室內(nèi)細(xì)顆粒物的計算粒徑，通過實驗得出室內(nèi)顆粒物主要分布在5~500nm的粒徑范圍，因此選取1μm以內(nèi)的粒徑范圍進(jìn)行受力計算與熱泳效應(yīng)分析。
　　其次，為研究室內(nèi)流場下細(xì)顆粒物的熱泳效應(yīng)，運用數(shù)值模擬方法對室內(nèi)氣相流場進(jìn)行了分析，選取典型的機(jī)械送風(fēng)會議室作為計算模型，假設(shè)室內(nèi)放置一溫度高于室內(nèi)氣流的壁面，在流場計算結(jié)果的基礎(chǔ)上，計算與驗證了近壁面區(qū)域的溫度梯

5、度與速度梯度，確定了熱壁面存在下對附近流場造成影響的范圍。
　　第三，在氣相流場的模擬結(jié)果基礎(chǔ)上對近熱壁面區(qū)域內(nèi)單個顆粒的受力的相對大小進(jìn)行了具體計算及大小量級的對比，得出結(jié)論：粒徑≤0.1μm的亞微米顆粒受到熱泳力的作用較強(qiáng)。熱泳的存在會降低亞微米大小的顆粒在熱壁面上的沉積量；而對于較大粒徑的顆粒，其受到的重力較大，相比于小粒徑顆粒更易發(fā)生沉積；
　　第四，為了了解不同溫度場下顆粒物的運動情況，對熱壁面及冷壁面存在下顆粒的

6、運動分布進(jìn)行了數(shù)值模擬，得出：在熱泳效應(yīng)的影響下，在熱壁面上部高溫度梯度區(qū)，顆粒濃度較低，遠(yuǎn)離此區(qū)域一定位置處，顆粒出現(xiàn)高濃度聚集分布的現(xiàn)象；在近冷壁面的高溫度梯度區(qū)，顆粒呈現(xiàn)較高濃度分布的現(xiàn)象，遠(yuǎn)離此區(qū)域的位置，顆粒呈現(xiàn)低濃度的分布現(xiàn)象；
　　最后，建立了不同粒徑顆粒物在不同方向平面上的沉積速度模型，并考慮熱泳效應(yīng)造成的顆粒局部高濃度聚集現(xiàn)象，提出在模型中添加顆粒碰撞因素的方法，以水平向上壁面上顆粒的沉積為例進(jìn)行了驗證。研究表明

7、：不考慮熱泳力影響時，粒徑≤0.1μm的顆粒物的沉積受到湍流和布朗擴(kuò)散的主導(dǎo)作用；粒徑≥0.1μm的顆粒，其受到的重力的作用更加明顯，隨著粒徑的增加，相應(yīng)的沉降速度持續(xù)增長；考慮熱泳力的作用時，粒徑≤0.3μm顆粒受到熱泳效應(yīng)的影響較為顯著，熱顆粒在水平冷壁面上的沉積速度明顯增大，在水平熱壁面上的沉積速度明顯減??；當(dāng)壁面溫度高于流體溫度達(dá)到20℃的量級時，粒徑≤0.3μm的顆粒在水平熱壁面上的沉積速度小于10-10數(shù)量級，幾乎很難在壁面