以统计分析粒子的移动轨迹来评估乱流型无尘室之通风性

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1、ApplicationofCFDinC/RDesign<主講人>胡石政以統計分析粒子的移動軌跡來評估亂流型無塵室之通風性能大綱前言文獻回顧數學模式數值模擬分析結果與討論總結前言亂流型無塵室與商業大樓辦公室之差異換氣次數商業大樓辦公室：2~10次/時亂流型無塵室：20~60次/時送風目的商業大樓辦公室：滿足舒適條件亂流型無塵室：室內混合、稀釋與置換污染空氣文獻回顧Murakami等人曾經對亂流型無塵室之流場與擴散場特性作過系統性的分析，其研究結果如下所述：(1)無塵室若採用天花板送風，則其室內之氣流模式，可以當作是由數個流場單元組合而成；而每個流場單元，則由

2、一個送風噴流與環繞其四周的上升氣流所構成。(2)無塵室內回風口的設置位置，對室內之速度流場影響很小，但對室內之污染擴散場的影響很大。(3)藉由流場單元的概念，可以有效地分析污染擴散狀況。在污染朝向鄰近的流場單元傳遞之前，會先在本身的流場單元內擴散，然後再由回風口排出。數學模式-平均流場模擬由Eulerian方程式，所得之穩態氣流運動方程式速度分量變數ψ的有效變換係數源項數學模式-變動速度模擬假設為均質紊流，則由紊流動能的計算，可以得到空氣的變動速度為0~1的隨機分佈數紊流動能數學模式-粒子運動方程式對以Lagrangian為架構之粒子作用力平衡方程式，來預測

3、分離相之粒子運動軌跡，以下列式子表示(在直角座標X方向)：粒子單位質量的阻力作用在粒子上之重力其他作用力數值模擬分析基本假設(1)流體為不可壓縮、絕熱與三維穩態紊流(2)高架地板開孔率為11%(3)粒子為球狀固體(4)連續相與分離相，不發生交互作用無塵室模型簡介室內具有9個送風口的亂流型無塵室模型牆壁回風、天花板回風、高架地板回風箱型阻礙物：放置在室內正中央、室內中央與牆壁之間、以及鄰近牆壁等三個不同位置粒子粒徑：分成0.1μm、0.5μm與1.0μm每組粒子由線A到線F等6個不同位置同時釋放，每線位置釋放100顆大小相同粒子，每組共計釋放600顆粒子。模型

4、1牆壁回風出風口回風口阻礙物粒子源模型2天花板回風出風口回風口阻礙物粒子源模型3高架地板回風出風口回風口阻礙物粒子源網格架構(a)牆壁與天花板回風格點分布52(x)x52(y)x18(z)(b)高架地板回風格點分佈52(x)x52(y)x34(z)數值模擬與實驗比較-牆壁回風兩相鄰送風口間之氣流，均無法上升抵達到天花板上，約略在室內1/2～1/3高度處，氣流就停止上升，並形成滯留區域。數值模擬與實驗比較-天花板回風沿著牆壁區域與兩相鄰送風口間之氣流，均能上升抵達至天花板。數值模擬與實驗比較-天花板回風加設一阻礙物與室內正中央後，中央送風口氣流撞擊到阻礙物後，

5、向阻礙物兩側擴散，並且產生迴旋氣流區域。送風速度0.35m/s無阻礙物牆壁回風天花板回風高架地板回風回風方式室內氣流上升到約1/2高度處，就停止上升並形成停滯氣流沿著牆壁或在兩相鄰送風噴流間之氣流，則可以完全上升抵達天花板上氣流部分經由高架地板排出，部分則沿著牆壁或在兩相鄰送風噴流間，形成較弱的氣流往上移動牆壁回風送風速度0.35m/s室內正中央室內中央與牆壁間鄰近牆壁處阻礙物設置1.牆壁附近的氣流，會沿著牆壁朝向天花板移動2.中央送風口送出的氣流，在撞擊到阻礙物後，形成斜向氣流，朝向牆壁之回風口移動3.兩相鄰送風口間之氣流，從天花板降下後，就朝著地板方向移

6、動1.阻礙物上方的氣流，自天花板降下後，就朝向阻礙物流動2.接近阻礙物上方，有些許的渦流產生3.氣流均能上升抵達到天花板除了因為阻礙物鄰近牆壁，造成位於送風口與牆壁之間的氣流，可以上升到天花板外，其餘的氣流分佈均與置於室內正中央類似阻礙物設置與微粒排出數量之關係牆壁回風-送風速度0.35m/s案例W31中，會有最多數量的微粒子，自回風口排出。因送風噴流與環繞其四周之上升氣流，限制微粒子的擴散，且氣流下降引導微粒子朝向牆壁之回風口移動。當阻礙物置於室內中央送風口正下方時，通風效率就會增大編號阻礙物設置W30無W31室內正中央W32室內與牆壁之間W33鄰近牆壁

7、天花板回風送風速度0.35m/s阻礙物設置室內正中央室內中央與牆壁間鄰近牆壁處室內中央送風口之送風噴流在撞擊到阻礙物之後，氣流向阻礙物兩側擴散，並且在阻礙物兩側形成大的迴流，而在此大迴流上方，又有小的渦流形成。在鄰近牆壁區域與兩相鄰送風噴流間，形成了朝向天花板移動的強烈斜向氣流。阻礙物係置於鄰近牆壁處，流場分佈情形與置於室內正中央類似阻礙物設置與微粒排出數量之關係天花板回風-送風速度0.35m/s案例C31，阻礙物置於中央送風口正下方，由於流場內有大迴流產生，因此造成排出的微粒子數量減小。因此，在天花板回風型式中，當阻礙物置於中央送風噴流正下方時，會造成較

8、差的微粒子排除效果。編號阻礙物設置C30無C31室內