呼吸墻內(nèi)氣載顆粒物過濾特性建模.pdf

1、民用建筑在開窗通風(fēng)的同時，空氣中大量顆粒物也隨氣流進(jìn)入室內(nèi)，因此如何防止戶外顆粒物和病毒飛入室內(nèi)尤為重要。一種具有空氣過濾功能的“呼吸墻”(BreathingWall)可在減少開窗通風(fēng)的同時為室內(nèi)供給新風(fēng)。呼吸墻區(qū)別于傳統(tǒng)密閉墻體，一般由一個帶有玻璃板和太陽能吸熱板的彎曲流道，以及一個內(nèi)填充式多孔材料過濾器組成。雖然呼吸墻已被證明具有一定空氣過濾功能，但是常用于分析空氣過濾器性能的經(jīng)典過濾理論是否適用于呼吸墻內(nèi)低面速多孔過濾單元過濾特性

2、分析仍需要進(jìn)一步驗證，并且類似于呼吸墻內(nèi)低流速流道中顆粒沉積的特性也鮮有研究。
　　首先，搭建了冬季工況呼吸墻試驗臺，實測呼吸墻過濾效率。該呼吸墻多孔過濾單元填充5 cm厚石英砂，實測孔隙率0.48。采用顆粒計數(shù)器測量呼吸墻內(nèi)沿程顆粒數(shù)量濃度變化，研究發(fā)現(xiàn)多孔過濾單元可以有效捕獲大部分顆粒，過濾效率變化幅度較為穩(wěn)定(＜5％);并且，雖然彎曲流道內(nèi)顆粒沉積效率變化幅度較大(10％-20％)，但是明顯看出5μm以上顆粒容易沉積在彎曲流

3、道內(nèi)。
　　根據(jù)實測呼吸墻內(nèi)氣載顆粒沉積規(guī)律，本文分別對彎曲流道與多孔過濾單元建立了過濾特性模型。對于彎曲流道，建立基于拉格朗日法的顆粒軌跡分析模型，模擬氣載顆粒物在彎曲流道內(nèi)運動軌跡，統(tǒng)計顆粒沉積效率。其中，顆粒與壁面間相互作用采用硬球模型模擬，呼吸墻內(nèi)空氣流動則采用RNG k-ε湍流渦粘模型和多孔材料平均體積法求解。顆粒軌跡分析模型模擬結(jié)果與實測平均數(shù)據(jù)偏差不超過5％。另一方面，多孔過濾單元內(nèi)，經(jīng)典過濾理論預(yù)測值與實驗平均值偏

4、差不超過5％，證明可采用經(jīng)典過濾理論預(yù)測呼吸墻多孔過濾單元過濾效率。
　　根據(jù)建立的呼吸墻氣載顆粒物過濾特性模型，本研究總結(jié)呼吸墻內(nèi)氣載顆粒物的沉積規(guī)律，并且分析設(shè)計參數(shù)對彎曲流道沉積特性的影響。多孔過濾單元內(nèi)，0.1～0.3μm以下顆粒在擴散效應(yīng)和攔截效應(yīng)作用下被多孔材料攔截，5～7μm以上顆粒則在慣性效應(yīng)和攔截效應(yīng)作用下沉積在多孔材料內(nèi)，而其他粒徑顆粒容易通過多孔過濾單元。另一方面，本文將彎曲流道分割為直流道、90°彎管和18