气溶胶微粒在空调风系统内沉降的特性研究

论文摘要

空调风管系统内的粒子上富集了重金属、酸性氧化物、有机污染物等,且是微生物(细菌、病菌和真菌等)滋生及氡子体扩散传播的载体,成为室内空气品质恶化的重要原因,已引起人们的广泛关注。虽然国内外对粒子在通风管道内迁移沉降的理论方面已进行了较多的研究,但是对在空调风管内粒子迁移沉降的研究不完善、不系统,基于空调系统实际风管尺寸的粒子沉降模拟很少,实测粒子在空调风管内的沉积数据也比较匮乏。本文总结了国内外关于粒子在通风空调风管系统内沉降的实验方法和理论预测模型,进而提出本文的研究手段和研究内容。在对衡阳市某商场的空调风系统实地检测和问卷调查的基础上分析了历时3个月的粒子沉积采样数据;对比分析了在两次测量中管道内及室内外相关参数(如气溶胶浓度、温湿度、速度、TVOC、CO2)的不同、送回风口处污染物浓度的变化、不同污染物浓度随时间的变化及相关参数沿管长的变化规律,提出了在空调系统设计、安装、维护上应做的改进。其次,本文采用雷诺应力气流场模型和随机轨道粒子模型对粒子在矩形空调管道中的沉降规律做了较完整的探讨。模拟了直径在10~200μm范围内的9组粒径的粒子在入口平均空气流速分别为4 m/ s、6 m/ s、8m/ s时,在截面尺寸分别为160×120,500×250, 1000×320mm的光滑水平风管及三通各内表面的沉积;对比分析了粒径、风速、管道的体积表面比、流体的流态及系统复杂构件(三通)对粒子在矩形空调风管中沉积的影响。结果表明,在该粒径范围内,粒径和入口平均风速是影响粒子沉积的主要因素;管道体积表面比的变化对粒子沉积的影响较为一致,无量纲沉积速度随管道的体积表面比的增大而增加;流态对粒子沉积的影响随风速的增大而逐渐减小。最后,本文归纳总结了实测和模拟工作,对在实际工作中的不足进行了讨论,并在此基础上提出了未来研究的方向,为深入开展气溶胶微粒污染研究和控制提供了参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究方法及研究内容
• 第2章 气溶胶与室内空气品质
• 2.1 气溶胶的性质
• 2.1.1 气溶胶的定义
• 2.1.2 气溶胶粒径的确定
• 2.1.3 气溶胶的分类
• 2.1.4 室内气溶胶的来源
• 2.1.5 颗粒物的化学组成
• 2.1.6 气溶胶污染的病理学研究
• 2.1.7 气溶胶污染的毒理学研究
• 2.1.8 气溶胶与人类健康
• 2.2 HVAC 系统与室内空气品质
• 2.2.1 室内空气品质
• 2.2.2 HVAC 系统与室内空气品质之间的关系
• 2.3 本章小结
• 第3章 气溶胶输运机理与预测气溶胶沉积的理论模型
• 3.1 无量纲沉积速度与无量纲松弛时间
• 3.2 气溶胶在通风空调风管内沉积的理论分析
• 3.2.1 通风空调风管中流体的流态
• 3.2.2 粒子在通风空调风管内的受力分析及其输运机制
• 3.3 预测气溶胶在通风管道中沉积的模型比较
• 3.3.1 经验公式法
• 3.3.2 欧拉模型
• 3.3.3 亚层模型
• 3.3.4 拉格朗日模型
• 3.3.5 模型总结
• 3.4 本章小结
• 第4章 气溶胶在空调风系统中沉降的实测研究
• 4.1 引言
• 4.2 实测对象建筑特性
• 4.2.1 建筑概述
• 4.2.2 空调系统概况
• 4.3 实测方法介绍
• 4.3.1 检测内容和仪器
• 4.3.2 气溶胶微粒的长期采样
• 4.3.3 气溶胶微粒的实时检测
• 4.3.4 相关环境参数测定
• 4.3.5 问卷调查
• 4.4 实测点的选取
• 4.5 测试期间空调系统运行工况
• 4.6 实测结果与分析
• 4.6.1 气溶胶微粒的沉积量
• 4.6.2 室内外及空调系统中相关环境参数的分析
• 4.7 空调系统运行维护对气溶胶污染的影响
• 4.7.1 风柜
• 4.7.2 风管
• 4.8 气溶胶污染的控制方法
• 4.8.1 空调系统的设计
• 4.8.2 空调系统的安装
• 4.8.3 空调系统的维护
• 4.9 本章小结
• 第5章 气溶胶在矩形空调风管内沉降的数值模拟分析
• 5.1 粒子在通风空调风管中迁移沉降的数学模型
• 5.1.1 气流场模型
• 5.1.2 粒子轨迹模型
• 5.2 粒子在直管紊流段中的沉积
• 5.2.1 模型物理结构及网格划分
• 5.2.2 管道内流体的流场分析
• 5.2.3 粒径、风速对粒子在管道内沉积的影响
• 5.2.4 管道的体积表面比对粒子沉积的影响
• 5.3 粒子在直管发展段（入口段）中的沉积
• 5.3.1 模型物理结构及网格划分
• 5.3.2 管道内流体的流场分析
• 5.3.3 粒子在管道入口段的沉积
• 5.3.4 粒子在入口段、紊流段中沉积的比较
• 5.4 粒子在局部构件（三通）内的沉积
• 5.4.1 模型物理结构与网格划分
• 5.4.2 管道内流体的流场分析
• 5.4.3 粒子在三通内的沉积
• 5.4.4 粒子在三通后直管段中的沉积
• 5.4.5 粒子在三通与三通后直管段中沉积的比较
• 5.4.6 粒子在三通后直管段与紊流段中沉积的比较
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 附录1 不同风速下,粒子在截面尺寸为500×250mm、1000×320mm 管道内的沉积图
• 附录2 在4m/s 和8m/s 的风速下，管道的体积表面比对粒子沉降的影响图
• 攻读学位期间所发表的学术论文
• 致谢