居住室内颗粒物沉积研究.pdf

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1、2012年第3期(总184期)安徽建筑居住室内颗粒物沉积研究StudyonSuspendedParticleDepositionofLivingIndoor宗青松，韩云龙，陈中(安徽工业大学建筑工程学院，安徽马鞍山243002)●●■■■■■l—一l摘要：室内颗粒物是影响室内空气品质的主要因素之一，可能给人=====1体健康或对设备和物品带来危害，因而对室内颗粒物的穿透、沉积特————●_性的研究就非常重要。讨论自然通风条件下，送风速度和颗粒物直径时颗粒物沉积率和穿透率影响，为改善室内环境提供参考和借鉴，对室内

2、空气品质的影响和评价方面提供指导。文章通过对马鞍山这一地区的空气特性研究，用数值模拟方法分析在自然通风条件下，风速、粒径对室内颗粒物的穿透和沉积的影响。对于颗粒直径大于10urn的粒子，送风速度对穿透率的影响显著；对于直径大的粒子并且送风速度小其沉降率最大，送风速度以及粒径对PM10的颗粒物影响最大。关键词：颗粒物；沉积率；穿透率；自然通风中圈分类号：A134．4文献标识码：A文章编号：1007—7359(2012)03-0196—02图1物理模型0引言颗粒物质广泛存在予城市与乡村环境中，是室内空气的主检要污染

3、物之一。颗粒物直径小于lOum的称为可吸入颗粒物(PM10)，流行病学研究表明，长期暴露于颗粒物质中，尤其是直径小于2．5urn的称为可吸人颗粒物(PM2．5)中，对人体的肺笔部及心血管健康将产生不利影响，因而已引起世界各国的广泛测关注。本文通过建立模型并结合马鞍山这一地区的特殊环境，量分析在自然通风条件下，风速、粒径对居住室内颗粒物穿透率繁和沉积率的影响。1数学模型的建立d(um)对于室内流场，本文采用标准k一8两方程紊流模型进行图2粒子直径d对颗粒穿透率P曲线描述。对于颗粒相，它占的体积分数很低，视为离散相

4、，采用DPM模型的方法来描述和追踪室内颗粒物的运动。对于颗粒相本文做如下假设：①假设所有颗粒相都为球形；②假设颗粒之间无碰撞，相间无化学反应，无相变过程。对颗粒所受的各种外力平衡方程可以得到颗粒的运动轨迹方程如下：duJdt=FDu—U。)+F式中：U一流体相速度(m／s)U一颗粒速度(m／s)F—颗粒所受的其它力项(N)FD(u—U。卜啦质量颗粒所受的曳力，其计算表达式为：FD=18CdRJ24pdp2式中：Re—相对雷诺数，表达式为R(Pd1u一u1)，安C一曳力系数，是相对雷诺数的函数P一流体密度(kg／

5、m，)徽一流体动力粘度(kg／(m·s))建p一颗粒密度(ktCm)v(rrVs)图3送风速度V对颗粒物沉积率k变化曲线筑收稿日期：2012-02-15作者简介：宗青松(1984一)，男，安徽六安人，安徽工业大学建筑工程学d一颗粒直径(m)_院在读硕士，研究方向：空气净化。本文只考虑重力和由流场速度所引起的Safman升力：安徽建筑2012年第3期(总184期)Fs=1．61dp2(p)u-up)ldu／dyl明显，表明在沉降过程中颗粒受重力影响最大，其它作用力对颗粒物沉降影响较小，可以忽略，这与前面学者所做的

6、实验和2物理模型的建立模拟基本相符。Abadie和Thatcher等人，通过室内颗粒质量方程对不同粗2．1模型建立糙度的墙壁面和不同室内陈设以及空气速度条件下的颗粒沉用Gambit软件建立如下图1所示的房间模型，其长为降的研究发现，表面粗糙度对较小颗粒沉降率有较大影响：陈10m，宽为6m，高为3m，进、出口窗户都为长2m、高lm的矩设越多，沉降越大；对于空气速度较低时，颗粒沉降率的变化不形，如图1所示，左侧为送风入口，右侧为出口。对模型网格采大，提高风速时，对于所测试的颗粒直径范围在0．Sum一10um———一

7、用正六面体网格划分，共生成48万个网格单元，并设定模型边的粒子沉降率有显著提高，对于大粒径颗粒，其变化就更加明II—一界条件，导入Fluent软件中，采用控制体积、二阶迎风法对方程显。『=====■—■—■一组进行离散化，进行数值模拟计算。图3给出了3种直径粒子在不同送风速度情况下的沉积2．2工况条件率情况，通过分析比较，可以看出对大粒子直径的颗粒，送风速粒子直径D(um)：0．01、0．1、1、2．5、5、10、20、30、50，9种情度对粒子沉积的影响很显著；同时，粒径对于颗粒沉积的影响况；送风速度V(H)

8、：0．5、1,0、2．0、4．0，4种情况；墙壁顶棚、侧面也很大。对小粒径颗粒，其送风速度对沉积率的影响相对较小，以及地面的表面粗糙度H=5um；边界条件：粒子在与室内墙面这主要取决于小粒子受重力作用的影响减少，而大粒子受重力碰撞后设置为trap，在进、出I：l处设置为escape。空气颗粒物的作用影响较大。随着风速的增加，粒子在室内的停留时间减少；参数取马鞍山当地的年平均值，颗粒相初