微粒凝并Monte Carlo法分析及室内微粒演变规律的研究

论文摘要

大气中的可吸入颗粒物是危害人体健康的主要因素。近年来,随着对大气悬浮微粒的深入研究,人们逐渐认识到细微粒及超细微粒对人体健康的影响。大气悬浮颗粒物由于粒径较小,吸附有害物质多,逐渐成为威胁人类健康的巨大隐患。因此,系统地研究大气中的微粒演变规律具有十分重要的意义。本文采用数值模拟的计算方法,通过通用动力学方程(GDE)确定微粒凝并过程的数学模型,在此基础上,应用多重Monte Carlo(MMC)方法,编写C语言计算程序,模拟微粒的碰撞凝并过程。通过对数值模拟计算结果与理论结果的比较,验证了利用多重Monte Carlo算法模拟微粒凝并的可行性。在此基础上,系统的分析了虚拟微粒数、初始化区间长度以及初始微粒浓度对该算法模拟计算结果的影响。通过研究,确定了虚拟微粒数大小、初始化区间长度以及微粒浓度大小对凝并过程计算结果的影响规律。研究结果表明,增大虚拟微粒数和初始化区间长度,可以提高模拟结果的准确度;选取适当的虚拟微粒数、初始化区间长度可以合理的描述微粒的实际凝并过程;虚拟微粒数大小的选取同样受到初始微粒浓度的影响。本文建立了描述室内环境微粒的凝并、沉降和扩散沉降过程的数学模型。编写C语言计算程序,对室内环境微粒的凝并、重力沉降、扩散沉降过程及影响因素进行分析和研究,并将模拟结果与实验结果相比较。研究结果表明,数值模拟结果与实验数吻合度较好,说明本文所建立的数学模型能够合理反映室内微粒的演变规律。计算分析了凝并、扩散沉降、重力沉降、通风速率以及微粒特性对室内微粒浓度和尺度分布的影响,以及不同背景条件下,微粒浓度和尺度分布的演变过程,确定了微粒浓度和尺度分布的变化规律。研究结果表明,凝并、扩散沉降过程是造成室内环境微粒减少的主要原因;微粒初始浓度对演变过程中的微粒浓度和尺度分布产生影响;室内通风同样会影响到微粒浓度的变化,通风是导致微浓度降低的重要原因。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究工作的背景
• 1.1.1 课题的研究背景
• 1.1.2 大气环境中的微粒对人体的危害
• （1） 汽车尾气微粒对人体的危害
• （2） 室内空气污染对人体的危害
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国内外大气微粒演变的研究现状
• （1） 排气微粒的演变
• （2） 汽车排气微粒演变规律的研究
• （3） 室内环境微粒演变的研究
• 1.2.2 国内外求解算法的研究进展
• （1） 矩方法（moments of method）
• （2） 分区法（sectional method）
• （3） 离散-分区法（discrete-sectional method）
• （4） 蒙特卡罗方法（Monte Carlo Method）
• 1.3 课题的研究内容及方法
• 2. Monte Carlo法及其凝并过程的Monte Carlo法模拟
• 2.1 引言
• 2.2 Monte Carlo基本思想和原理
• 2.3 Monte Carlo方法的流程及应用
• 2.3.1 Monte Carlo方法基本计算步骤
• 2.3.2 求解通用动力学方程（GDE）的Monte Carlo方法
• 2.4 凝并过程的Monte Carlo方法模拟
• 2.4.1 多重Monte Carlo方法（MMC）基本原理
• 2.4.2 凝并模型
• 2.4.3 凝并过程的算法原理及流程
• 2.5 模型验证
• 2.6 小结
• 3. 微粒计算中的多重Monte Carlo法（MMC）分析
• 3.1 引言
• 3.2 虚拟微粒数对 MMC计算结果的影响
• 3.2.1 虚拟微粒数对微粒粒径分布的影响
• 3.2.2 虚拟微粒数对微粒分布GMD/GSD值的影响
• 3.3 初始化区间长度对 MMC计算结果的影响
• 3.3.1 初始化区间长度对微粒粒径分布的影响
• 3.3.2 初始化区间长度对微粒分布GMD/GSD值的影响
• 3.4 初始浓度对 MMC计算参数选取的影响
• 3.5 小结
• 4. 室内环境微粒演变过程的分析
• 4.1 引言
• 4.2 室内环境微粒演变的数学模型
• 4.3 室内微粒演变过程的参数分析
• 4.3.1 微粒演变过程中尺度分布的变化规律
• 4.3.2 微粒初始分布参数对微粒演变过程的影响
• 4.3.3 室内背景条件对微粒演变过程的影响
• 4.4 通风速率对室内微粒演变过程的影响分析
• 4.5 小结
• 5. 工作总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集