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

1、本文在對典型建筑進行實測的基礎上，重點對顆粒物在通風空調(diào)風管系統(tǒng)中的沉降規(guī)律進行了深入的理論、實驗和數(shù)值模擬研究。主要研究工作和成果有： (1) 通過大量文獻的調(diào)研，總結了氣溶膠顆粒污染及對人體健康的影響、通風空調(diào)系統(tǒng)對室內(nèi)空氣品質(zhì)的影響和氣溶膠顆粒物在通風空調(diào)系統(tǒng)中的分布運動規(guī)律，以及消除和降低顆粒物污染的方法及其效果。同時，在介紹氣溶膠顆粒物的基本概念的基礎上，分析了顆粒物在紊流近壁邊界層中的運動機理及與壁面間的相互作用。

2、 (2)在對前人解析法預測模型進行簡化和改進后，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)律的解析法預測程序PDAPM。通過與經(jīng)典實驗數(shù)據(jù)的比較和顆粒沉降機理的分析可以證明，本文提出的解析法模型能很好地預測通風空調(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測模型表明，影響顆粒沉降的主要是y<'+>≤10區(qū)間的流場參數(shù)，也就是說主要是粘性次層和緩沖層中的流場參數(shù)。而壁面粗糙度對顆粒(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，風管中風速越大，同一粒徑顆粒的無量綱沉降速度也越大。這些結論增進了人們對顆粒沉降機理的理解和認識。 (3)對長沙市區(qū)內(nèi)一棟公共建筑的中央空調(diào)風管系統(tǒng)中顆粒濃度分布和底面上顆粒沉降量進行了實測研究。經(jīng)過對實測結果的分析，得到了以下結論：由于室內(nèi)有香煙等較嚴重的污染源，且回風口距離污染源較近，回風管中顆粒物濃度和沉降量都比送風管中的高；送風管中由于顆粒沉降沿流向顆粒物濃度有衰減的趨

4、勢。由于長沙冬季大氣污染較夏季嚴重，所以冬季風管中顆粒濃度和沉降量都大于夏季的相同地點的值。風管底面上顆粒沉降量的影響因素主要有風速、污染源的強度、距離污染源的遠近等。 (4)利用自己設計的氣溶膠發(fā)生裝置在實驗室中對單分散性較好的滑石粉顆粒在不同寬高比的風管系統(tǒng)中的沉降規(guī)律進行了較系統(tǒng)的實驗研究。通過對實驗數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)所用的無紡布和鋁箔紙直接取樣的方法可靠性較高、可重復性較強，在接近充分發(fā)展直管段測得的沉降速度與本文提出的解析

5、法預測模型的結果吻合較好。而針對90°彎管下游直管中顆粒沉降規(guī)律的分析發(fā)現(xiàn)二次流對彎管出口附近側壁上顆粒沉降速度有明顯影響。根據(jù)顆粒沉降的機理和測得的實驗數(shù)據(jù)，提出了一個長直風管中接近充分發(fā)展段顆粒沉降速度的經(jīng)驗公式，該經(jīng)驗公式可以用于實際通風空調(diào)風管系統(tǒng)中顆粒沉降量的計算。 (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上，提出了簡化的非線性k-ω兩方程紊流模式。針對充分發(fā)展矩形風管的流場，重點對垂直流向斷面上

6、的二次流進行了模擬。模擬結果證實非線性k-ω兩方程模式能夠較準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。對長直風管中流場的模擬中發(fā)現(xiàn)，RNGk-ε兩方程模式和簡化的非線性k-ω兩方程模式都能較好地模擬出長直風管中線風速沿流向的變化。而非線性模式的近壁區(qū)脈動速度模擬結果與線性渦粘性模式的相比，更接近DNS的模擬結果。對于彎管及其下游直管段中流場的模擬，相對線性模式的模擬結果簡化的非線性k-ω模式的模擬結果也與實驗值

7、更接近。 (6)在長直風管和彎管中流場模擬的基礎上，利用拉格朗日軌道模型計算了流場中顆粒分布沉降的規(guī)律。通過長直風管中接近充分發(fā)展段的模擬結果與本文提出的解析法模型預測結果和經(jīng)典實驗結果的比較，發(fā)現(xiàn)簡化的非線性k-ω兩方程模式流場中顆粒沉降的模擬結果明顯優(yōu)于RNGk-ε兩方程模式流場中顆粒沉降的模擬結果，尤其對于粒徑較小的顆粒。比較不同粒徑顆粒在長直風管中沿流向沉降速度韻分布可以發(fā)現(xiàn)，從進口開始，顆粒沉降速度呈下降趨勢，而粒徑適