控制污染物扩散的应急通风关键问题研究

论文摘要

在公共场所释放有毒气体的突发事件中，应急通风系统对于保证室内人员的安全起着至关重要的作用。为了指导应急通风系统的设计与运行，本文针对应急通风理论中的若干关键问题进行了较为深入的研究。 论文主要创造性工作和相应的结论为：(1)提出了暴露单元的概念，并建立了暴露单元的分层模型，为定量分析室内污染物对人员的影响奠定了理论基础；(2)建立了非稳态室内微环境中人员短期暴露剂量的计算模型，和现有模型相比在准确性方面有了大幅度的提高。给出了预测室内人员伤亡率的计算方法。研究结果可用于指导应急通风系统和人员疏散通道的优化设计；(3)提出了有效因子的新概念，为通风效果评价研究提供了新视角。定义了污染源有效因子和送风有效因子两个系列的评价指标。系列指标对非稳态和稳态室内环境均适用，可用于指导应急通风和人员疏散策略的制定；(4)指出了应急通风策略中所存在的风险，将污染源位置信息的获知程度概括为完全确定、不完全确定和完全不确定这三种典型情况，并分别建立了相应的决策分析模型。在模型中仅需考虑污染源的位置因素，大大简化了决策过程；另外，模型以应急通风和疏散策略的最优组合作为研究目标，考虑更为全面：(5)提出了两种污染源辨识方法，分别采用1个和2个传感器反馈的信息来确定污染源的位置和强度。为了合理评价两种方法的应用效果，提出了相应的评价方法和指标。结果表明：两种辨识方法仅需采用1个或2个传感器，硬件成本低，同时还具有准确和迅速的特点。(6)以一个公共场所为研究对象，通过对100个典型算例的研究，说明了本文理论方法的应用过程；比较了启用应急通风系统、启用防排烟系统、保持正常通风模式不变，以及关闭所有通风系统这几种通风策略的应用效果；评价了正常通风系统、防排烟系统和应急通风系统这三种设计方案的性能；初步探讨了污染源位置、应急通风和疏散策略等因素对室内人员安全性的影响：针对应急通风系统的设计和运行提出了一些具有指导性的建议。 论文研究推动了应急通风理论的发展，为应急通风系统的设计和策略制定，以及人员疏散通道的设计和疏散策略的制定提供了理论依据和应用指导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要符号表
• 第1章 引言
• 1.1 课题背景、目的和意义
• 1.1.1 课题背景
• 1.1.2 课题目的和意义
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 控制污染物扩散的应急通风理论概述
• 1.2.2 应急通风理论中几个关键问题的研究进展
• 1.2.3 文献综述小结
• 1.3 课题研究内容与思路
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 论文各章节内容
• 1.3.3 研究思路
• 参考文献
• 第2章 暴露单元及其分层模型
• 2.1 前言
• 2.2 暴露单元的概念
• 2.3 暴露单元的空间尺寸
• 2.4 暴露单元的分层模型
• 2.5 人员运动的描述方法
• 2.6 污染物扩散的描述方法
• 2.7 本章小结
• 参考文献
• 第3章 室内人员运动的模拟方法及应用
• 3.1 前言
• 3.2 疏散准备阶段人员运动的模拟方法
• 3.2.1 蒙特卡罗模拟的基本原理
• 3.2.2 人员时空分布的蒙特卡罗模拟
• 3.2.3 应用举例与分析讨论
• 3.3 疏散行动阶段人员运动的模拟方法
• 3.3.1 人员疏散模型概述
• 3.3.2 SGEM模型的计算原理
• 3.3.3 数值模拟的主要步骤
• 3.3.4 SGEM模型的验证
• 3.3.5 应用举例与分析讨论
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第4章 污染物扩散的模拟方法及实验验证
• 4.1 前言
• 4.2 室内气流与污染物扩散的模拟方法概述
• 4.3 本文采用的模拟方法及模拟工具
• 4.3.1 CFD的基本思想
• 4.3.2 室内空气的物理特性
• 4.3.3 室内空气流动的控制方程
• 4.3.4 室内空气流动的湍流模型
• 4.3.5 控制方程的求解
• 4.3.6 边界条件的设置
• 4.3.7 模拟工具
• 4.4 实验验证
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第5章 室内人员暴露剂量及伤亡率的计算方法
• 5.1 前言
• 5.2 污染物的剂量
• 5.2.1 剂量的定义
• 5.2.2 剂量的描述参数
• 5.3 室内人员暴露剂量的计算思路
• 5.3.1 单元累加的计算思路
• 5.3.2 人员累加的计算思路
• 5.4 室内人群吸入剂量的计算方法
• 5.4.1 单元累加的计算方法
• 5.4.2 人员累加的计算方法
• 5.5 室内人员接触剂量的计算方法
• 5.5.1 单元累加的计算方法
• 5.5.2 人员累加的计算方法
• 5.6 室内人员暴露剂量的时间离散形式
• 5.6.1 人员吸入剂量的时间离散形式
• 5.6.2 人员接触剂量的时间离散形式
• 5.7 人员伤亡率的计算方法
• 5.8 应用举例与分析讨论
• 5.8.1 算例描述
• 5.8.2 数值计算方法
• 5.8.3 计算结果分析讨论
• 5.8.4 计算结果应用范围的讨论
• 5.9 本章小结
• 参考文献
• 第6章 有效因子——通风效果评价的新概念
• 6.1 前言
• 6.2 污染源有效因子（EFCS）
• 6.2.1 污染源有效因子1（EFCS1）
• 6.2.2 污染源有效因子2（EFCS2）
• 6.2.3 污染源有效因子3（EFCS3）
• 6.3 送风有效因子（EFSA）
• 6.3.1 送风有效因子1（EFSA1）
• 6.3.2 送风有效因子2（EFSA2）
• 6.3.3 送风有效因子3（EFSA3）
• 6.4 两种有效因子定义的讨论
• 6.5 有效因子指标的离散形式
• 6.6 应用举例与分析讨论
• 6.6.1 算例描述
• 6.6.2 数值计算方法
• 6.6.3 计算结果分析讨论
• 6.7 本章小结
• 参考文献
• 第7章 应急通风的决策分析
• 7.1 前言
• 7.2 应急通风的决策问题概述
• 7.2.1 问题举例
• 7.2.2 决策问题的要素
• 7.2.3 决策问题的分类
• 7.3 应急通风的确定型决策
• 7.4 应急通风的风险型决策
• 7.4.1 最大可能法
• 7.4.2 期望值法
• 7.5 应急通风的不确定型决策
• 7.5.1 乐观准则（max-max准则）
• 7.5.2 悲观准则（max-min准则）
• 7.5.3 折衷准则（α-乐观准则）
• 7.5.4 后悔值准则（min-max遗憾准则）
• 7.5.5 等可能性准则（Laplace准则）
• 7.5.6 不同准则的分析比较
• 7.6 本章小结
• 参考文献
• 第8章 污染源的辨识方法及应用
• 8.1 前言
• 8.2 污染源辨识的理论依据
• 8.3 污染源辨识的研究思路
• 8.3.1 污染源位置的辨识
• 8.3.2 污染源强度的辨识
• 8.4 污染源辨识方法的基本原理
• 8.4.1 污染源位置的辨识方法（采用1个传感器）
• 8.4.2 污染源位置的辨识方法（采用2个传感器）
• 8.4.3 污染源强度的辨识方法
• 8.5 污染源辨识效果的评价方法
• 8.6 应用举例与分析讨论
• 8.6.1 算例描述
• 8.6.2 污染源位置的辨识方法示例（采用1个传感器）
• 8.6.3 污染源位置的辨识方法示例（采用2个传感器）
• 8.6.4 污染源强度的辨识方法示例
• 8.7 本章小结
• 参考文献
• 第9章 应急通风理论的综合应用
• 9.1 前言
• 9.2 房间和通风系统设置
• 9.3 应对策略的制定过程
• 9.3.1 室内人员疏散过程的数值模拟
• 9.3.2 室内污染物扩散过程的数值模拟
• 9.3.3 应对策略实施效果的评价
• 9.4 紧急事件发生时的决策过程
• 9.4.1 应急通风问题的报酬函数与决策表
• 9.4.2 完全确定污染源位置情况下的决策过程
• 9.4.3 不完全确定污染源位置情况下的决策过程
• 9.4.4 完全不确定污染源位置信息情况下的决策过程
• 9.5 本章小结
• 参考文献
• 第10章 结论
• 10.1 研究工作总结
• 10.2 后续工作展望
• 致谢
• 附录A 第九章计算结果附表
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果