负压隔离病房通风效果的数值模拟分析.doc

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1、负压隔离病房通风效果的数值模拟分析2002年底，一种新的致命性呼吸系统传染病－严重急性呼吸综合症（SARS）－开始在中国以及周边地区大规模爆发。2002年11月6日，首例病患在广东省佛山市被发现，2003年2月11日，第一份关于疫情爆发的正式报告被提交到世界卫生组织，此时，已有305人受到感染并导致5人死亡。截至2003年8月7日，短短6个月的时间内，疫情迅速扩散到全球34个国家和地区，累计报告可能病例达8422例，导致916人死亡。同时，数以万计普通民众的行动自由受到限制，巨额的国际贸易被中止或取消，仅就远东地区而言，初步估计的经济损失达到300亿美元【1】。疫情目前虽已得到控制，但它给

2、暖通空调专业带来的挑战和思考仍将持续相当长的一段时间。例如，在我国，仅就天津市而言，医护人员在确诊SARS病患中所占的比例曾高达46％,香港威尔士亲王医院在疫情初期的医护人员在病患中所占比率也一度高达75％。而整个疫情期间，医护人员感染率（即受感染医护人员占确诊病例的比率），北京及香港地区都曾接近20％，台湾地区更是以30％的医护人员感染率达到“世界之冠”。这表明，目前病房内的气流组织效果普遍不佳，根本无法迅速、有效的将被污染的空气排除室外，保证医护人员的安全。因此，针对由中国建筑科学研究院和广东申菱公司共同参与开发的负压隔离病房，我们主要利用CFD数值模拟作为研究手段，对病房内的通风效果

3、进行数值模拟以及优化分析。并采用Momentum模型对复杂送风散流器的在隔离病房内的应用进行CFD模拟以及评价。1、负压隔离病房几何模型病房内部的实际几何尺寸为4.5m×3.15m×2.7m，病房内备有病床一个（1.9m×0.9m），送风口位于天花板（1m×0.32m），回风口位于病床旁（0.5m×0.2m），根据送风口位置的不同，共对三个送风方案进行数值模拟分析，各方案中房间内各物体的实际相对位置如图1～图4所示：图1、方案一的几何模型图2、方案二双回风口工况图3、方案二单回风口工况图4、方案三几何模型1、边界条件的确定2.1夏季工况：风量：根据设计值，定为240m3/h，送风温度18℃

4、壁面：无滑移、绝热壁面。医护人员模型：表面温度37℃。病患模型：表面温度37℃。病患呼吸量：8l/min，温度32℃。2.2冬季工况：风量：根据设计值，定为240m3/h，送风温度25℃壁面：无滑移、表面温度18℃。医护人员模型：表面温度37℃。病患模型：表面温度37℃。病患呼吸量：8l/min，温度32℃。2、模拟计算本文采用混合迎风差分格式对偏微分方程进行离散，选用标准K－e双方程以及K－eRNG模型进行模拟。经过网格独立性分析，共生成网格43200个，利用SIMLEST算法进行求解。3、模拟结果5.1夏季送风工况通风效果比较5.1.1典型流线图比较相比较于二维的流速矢量图，三维的流线

5、图可以更为直观的表现出流场的流动状态及气流组织效果。因此，通过典型流线图的比较，考察病患呼吸物被排出室内的过程，以及从送风口到回风口的气流运动方式。图5～12分别给出了各方案的典型流线图。图5、方案一病患呼吸物的流线图图6、方案二双回风口工况下病患呼吸物的流线图图7、方案二单回风口工况下病患呼吸物的流线图图8、方案三病患呼吸物的流线图图9、方案一由送风口到回风口的典型流线图图10、方案二双回风口工况下由送风口到回风口的典型流线图图11、方案二单回风口工况下由送风口到回风口的典型流线图图12、方案三由送风口到回风口的典型流线图由以上各图可以看出，方案二在单回风口工况下的通风效果最为理想。而同

6、样是方案二，仅增加一个回风口后，其通风效果变得最不理想，因为这一工况下，部分气流形成短路，导致整个通风效果的不理想。5.1.2污染物分布浓度比较假定病患呼吸量为平静状态下的成年男性呼吸量8l/m，通过比较病患口部所处房间断面上其呼吸物无量纲浓度的分布情况，得出各方案通风效果的优劣，见图13～14所示。图13、方案一病患口部所处房间断面上其呼吸物无量纲浓度分布（≥1％）图14、方案二双回风口工况下，病患口部所处房间断面上其呼吸物无量纲浓度分布（≥1％）图15、方案二单回风口工况下，病患口部所处房间断面上其呼吸物无量纲浓度分布（≥1％）图16、方案三病患口部所处房间断面上其呼吸物无量纲浓度分布

7、（≥1％）通过以上各图，考察各方案病患呼吸物无量纲浓度大于1％的区域的大小以及位置可以看出，方案二单回风口工况下，该区域面积最小，而且在垂直方向上的最高高度不足1.5m，没有达到医护人员呼吸区高度，因而其通风效果最为理想，这与典型流线图的对比结果相吻合。5.2冬季送风工况下病房内部通风效果分析5.2.1各方案冬季送风工况下的室内温度分布在实验室冬季送风工况下，室内送风温度为25℃，围护结构壁面温度设为18℃，各方案室内温