呼吸墻內(nèi)氣載顆粒物過(guò)濾特性建模.pdf

1、民用建筑在開(kāi)窗通風(fēng)的同時(shí)，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(guò)濾功能的“呼吸墻”(BreathingWall)可在減少開(kāi)窗通風(fēng)的同時(shí)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(gè)帶有玻璃板和太陽(yáng)能吸熱板的彎曲流道，以及一個(gè)內(nèi)填充式多孔材料過(guò)濾器組成。雖然呼吸墻已被證明具有一定空氣過(guò)濾功能，但是常用于分析空氣過(guò)濾器性能的經(jīng)典過(guò)濾理論是否適用于呼吸墻內(nèi)低面速多孔過(guò)濾單元過(guò)濾特性

2、分析仍需要進(jìn)一步驗(yàn)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(yàn)臺(tái)，實(shí)測(cè)呼吸墻過(guò)濾效率。該呼吸墻多孔過(guò)濾單元填充5 cm厚石英砂，實(shí)測(cè)孔隙率0.48。采用顆粒計(jì)數(shù)器測(cè)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(guò)濾單元可以有效捕獲大部分顆粒，過(guò)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(shí)測(cè)呼吸墻內(nèi)氣載顆粒沉積規(guī)律，本文分別對(duì)彎曲流道與多孔過(guò)濾單元建立了過(guò)濾特性模型。對(duì)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(yùn)動(dòng)軌跡，統(tǒng)計(jì)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(dòng)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(shí)測(cè)平均數(shù)據(jù)偏差不超過(guò)5％。另一方面，多孔過(guò)濾單元內(nèi)，經(jīng)典過(guò)濾理論預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)平均值偏

4、差不超過(guò)5％，證明可采用經(jīng)典過(guò)濾理論預(yù)測(cè)呼吸墻多孔過(guò)濾單元過(guò)濾效率。
　　根據(jù)建立的呼吸墻氣載顆粒物過(guò)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(jì)參數(shù)對(duì)彎曲流道沉積特性的影響。多孔過(guò)濾單元內(nèi)，0.1～0.3μm以下顆粒在擴(kuò)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(guò)多孔過(guò)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