室内细颗粒物沉降热效应的实验研究

发布时间：2017-05-23 10:22

  本文关键词：室内细颗粒物沉降热效应的实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：室内细颗粒物来源复杂,作为一种特殊的污染源正深刻改变着我们的生存环境。细颗粒物伴随人体的呼吸作用进入到人体肺部组织,穿透肺泡并直接将表面吸附的强致癌、致畸等有毒有害物质通过人体的血液循环系统到达机体的各组织、器官,从而影响到心脏、大脑等重要器官,引起一系列疾病,甚至影响到肺癌发病率的提升,对人类健康造成了极大的危害;同时细颗粒物的沉降对文物艺术收藏、精密仪器制造、生物医药等方面也产生了负面影响。室内细颗粒物沉降到物体表面的行为取决于颗粒的受力条件,其中热泳力对细颗粒物沉降的影响很大,因此研究室内细颗粒物沉降的热效应十分重要。本文针对民用建筑室内装有散热器或者工业环境存在高温热源或者低温冷源类似的情况,热或冷的表面附近存在一定的温度梯度,会影响颗粒在该热边界层内的运动特性,进而理论分析了水平外掠热壁面不同壁面温度下的边界层厚度,得到了不同壁面温度下的壁面速度边界层及热边界层厚度随着水平外掠壁面来流距壁前端不同距离x的变化曲线,热壁面附近形成较大的温度梯度与速度梯度,形成的速度边界层的最大厚度可达2.85cm,热边界层的最大厚度可达3.14cm,并利用数值模拟进行了验证,从而为垂直热壁面在热边界层厚度范围内卫生香颗粒浓度及粒径分布的测试提供了理论依据;不同距壁前端距离x、不同壁面温度,不同颗粒粒径条件下的热泳力、重力、Saffman升力及曳力强度对比,在所研究粒径范围内,颗粒受到的曳力占据着主导地位,其次为热泳力和重力,而Saffman升力对细颗粒的运动的影响相对较小。本文着重对室内细颗粒物沉降热效应和温度梯度场内细颗粒物的分布进行了实验研究。实验研究的主要工作如下:首先,为了营造壁面附近存在一定的温度梯度,在室内环境中放置了尺寸为30cm×20cm的温度能在0~350℃内变化的水平热壁面,以及一台自制的热电制冷装置提供温度为1℃左右的同尺寸水平冷壁面,选取热壁面设定温度为100℃、冷壁面为1℃的典型工况,对热壁面和冷壁面影响下实验房间的室内流场进行连续13min实验测试,得出结论:靠近100℃热壁面前端的来流速度平均值为0.206m/s,热壁面的存在对壁面上方附近流场形成了一定程度的扰动作用,且壁面温度越高,上方附近热气流越明显,从而热壁面附近形成较大的温度梯度与速度梯度。然后,选用了20~500nm的纳米银粒子作为标记细颗粒物研究其沉降规律。利用气溶胶发生器发射纳米银颗粒,营造室内一定的银颗粒气溶胶浓度条件,利用场发射扫描电镜微观观测不同温度壁面上的颗粒沉降情况。在相同的集尘时间(40分钟)选取相同大小的视场,观测视场下壁面积尘量的多少及积尘颗粒粒径的大小情况。观察到细颗粒物明显的热泳效应,且发现在50~400nm颗粒物粒径范围,温度越高沉降的颗粒数越少,热泳效应越强烈。最后,通过发散卫生香烟颗粒,实验研究了垂直壁面附近细颗粒的热泳效应。利用电加热膜作为稳定热源设计营造了不同温度下的垂直壁面与附近空气形成一定温度梯度的热源区域,其附近区域内的颗粒物会逃离该热面运动,从而造成垂直热面附近区域内的细颗粒物数浓度减少以及颗粒物粒径分布的变化。实验发现卫生香烟雾颗粒中,随着垂直面上温度梯度的增加,粒径范围20.77~213.10nm卫生香烟雾颗粒数浓度衰减越明显,而粒径范围270.56~1093.64nm卫生香烟雾颗粒数浓度衰减量却比较少,垂直面上热源造成卫生香烟雾颗粒数浓度减少,主要贡献来自于粒径范围22.77~213.10nm颗粒物数浓度的减少。这说明在垂直壁面附近22.77~213.10nm粒径范围的细颗粒受到的热泳力作用最强烈,热泳力更容易驱使该粒径范围的细颗粒远离热壁面附近区域运动。通过以上研究,本文得出以下结论:热壁面的存在对近壁一定区域范围流场内细颗粒运动和沉降造成了一定程度的影响,随着壁温的升高,壁面热边界层内温度梯度和速度梯度也就越大,进而近壁区域热泳效应对微粒沉降特性产生了绝对影响,热泳沉降成为了近壁纳米及亚微米细颗粒沉降的最主要因素;而对于较大粒径的颗粒,由于重力作用增大,相比于纳米及亚微米细颗粒更易沉降。
【关键词】：细颗粒 温度梯度 热泳沉降 实验研究
【学位授予单位】：湖南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU834.8
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 研究背景12
• 1.2 室内细颗粒物的来源及相关特性12-15
• 1.3 室内细颗粒物对人体健康的危害15-17
• 1.4 室内细颗粒物对生产及其他行业的危害17
• 1.5 细颗粒热泳特性研究现状及进展17-21
• 1.5.1 国内研究现状18-20
• 1.5.2 国外研究现状20-21
• 1.6 本课题的研究内容及意义21-24
• 1.6.1 研究内容21-22
• 1.6.2 研究意义22-24
• 第二章 室内细颗粒物运动特性及受力计算模型24-34
• 2.1 室内细颗粒的运动特性分析24-27
• 2.1.1 室内流场流动区域划分24-26
• 2.1.2 细颗粒与壁面之间的作用方式26-27
• 2.2 室内细颗粒受力计算模型27-33
• 2.2.1 单个颗粒受力方程概述27
• 2.2.2 热泳力计算模型27-29
• 2.2.3 其他力计算模型29-33
• 2.3 本章小结33-34
• 第三章 室内近壁处边界层内细颗粒物受力理论研究34-52
• 3.1 室内流场及特性34-40
• 3.1.1 室内流场的研究方法34
• 3.1.2 室内流场的计算模型及选择34-35
• 3.1.3 室内流场的描述及特性研究35-36
• 3.1.4 室内流场的测试与数值计算36-40
• 3.2 壁面热边界层研究40-44
• 3.2.1 热边界层及其厚度定义40-41
• 3.2.2 热边界层厚度计算41-43
• 3.2.3 热壁面摩擦速度计算43-44
• 3.3 颗粒物在热边界层内的受力分析44-50
• 3.3.1 颗粒所受主要作用力的简化44
• 3.3.2 热泳力的强度分析44-47
• 3.3.3 其他力的强度分析47-50
• 3.4 本章小结50-52
• 第四章 水平壁面细颗粒沉降热效应的实验研究52-66
• 4.1 实验目的及内容52
• 4.2 实验系统52-58
• 4.2.1 实验颗粒物的选择52-53
• 4.2.2 实验场地53
• 4.2.3 热壁面及冷壁面53-54
• 4.2.4 实验主要仪器及其工作原理54-58
• 4.3 水平壁面热泳沉降效应的实验研究58-65
• 4.3.1 室内颗粒物粒径分布特征实验60-61
• 4.3.2 60℃壁面温度下颗粒沉降微观观察结果61-62
• 4.3.3 100℃壁面温度下颗粒沉降微观观察结果62-63
• 4.3.4 350℃壁面温度下颗粒沉降微观观察结果63-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第五章 垂直壁面附近细颗粒热泳效应的实验研究66-77
• 5.1 实验方案设计66-67
• 5.2 实验仪器67
• 5.3 实验结果及分析67-76
• 5.4 本章小结76-77
• 第六章 结论与展望77-79
• 6.1 结论77-78
• 6.2 展望78-79
• 参考文献79-84
• 附录84-87
• 攻读学位期间主要的研究成果87-88
• 致谢88

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 邢佑浩;;改变从生产生活方式开始[J];风景园林;2013年02期

2 颜金培;杨林军;凡凤仙;沈湘林;;基于分形理论的水汽在燃煤细颗粒表面异质核化数值研究[J];中国电机工程学报;2009年11期

3 王东方;包权;伏晴艳;;上海空气质量与细颗粒物消光特性关系研究[J];质量与标准化;2012年02期

4 Duriya FONGMOON;Surathat PONGNIKORN;Aphiruk CHAISENA;Sitthichai IAMSAARD;;泰国南邦省陶瓷厂细颗粒物对大鼠肺部的影响(英文)[J];Journal of Zhejiang University-Science B(Biomedicine & Biotechnology);2014年01期

5 王文华,刘俊华,杨淑兰,彭安;汞在北京大气中细颗粒物上的分布[J];上海交通大学学报;2002年01期

6 陈许冬;李铁柱;严振兴;;城市道路轻型汽油车细颗粒物的排放特性[J];江苏大学学报(自然科学版);2013年03期

7 熊桂龙;杨林军;颜金培;陆斌;耿俊峰;;对喷流协同蒸汽相变对燃煤细颗粒脱除性能的影响[J];中国电机工程学报;2011年32期

8 赵海亮;由长福;祁海鹰;徐旭常;;细颗粒间相互作用力的研究[J];工程热物理学报;2008年01期

9 陆斌;杨林军;辛成运;;蒸汽相变促进湿法脱硫净烟气中细颗粒物的脱除[J];东南大学学报(自然科学版);2011年01期

10 ;新《环境空气质量标准》发布[J];墙材革新与建筑节能;2012年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 吕阳;付柏淋;;两种典型通风方式下室内细颗粒物去除效果的研究[A];2013中国环境科学学会学术年会论文集（第五卷）[C];2013年

2 蒲维维;赵秀娟;张小玲;徐敬;徐晓峰;孟伟;;奥运前后北京地区细颗粒物污染特征及气象影响因素分析[A];第27届中国气象学会年会城市气象，让生活更美好分会场论文集[C];2010年

3 冯加良;;上海及长三角地区大气细颗粒物中多环芳烃来源探讨[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年

4 洪也;周德平;马雁军;李潮流;刘宁微;;沈阳城区春节期间大气细颗粒物元素的浓度变化及其来源[A];第26届中国气象学会年会大气成分与天气气候及环境变化分会场论文集[C];2009年

5 洪也;周德平;马雁军;李潮流;刘宁微;董玉敏;;沈阳城区春节期间大气细颗粒物元素的浓度变化及其来源[A];2010中国环境科学学会学术年会论文集(第四卷)[C];2010年

6 钱凌;银燕;童尧青;王巍巍;魏玉香;;南京北郊大气细颗粒物的粒径分布特征[A];中国气象学会2007年年会大气成分观测、研究与预报分会场论文集[C];2007年

7 钱凌;银燕;童尧青;王巍巍;魏玉香;;南京北郊大气细颗粒物的粒径分布特征[A];第四届长三角科技论坛论文集（下册）[C];2007年

8 王子晔;李宁;;浅谈PM2.5防控专利技术开发[A];2014年中华全国专利代理人协会年会第五届知识产权论坛论文集（第一部分）[C];2014年

9 叶兴南;尹姿;唐尘;陈建民;;基于吸湿性测量分析上海大气亚微米细颗粒物的混合态[A];中国化学会第28届学术年会第2分会场摘要集[C];2012年

10 陈晨;银燕;钱凌;王巍巍;陈宇;李嘉鹏;;南京北郊冬季大气细颗粒物浓度分布特征及其与边界层气象要素的关系[A];第十五届全国云降水与人工影响天气科学会议论文集（Ⅱ）[C];2008年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 记者 吴苡婷;上海细颗粒物污染状况堪忧[N];上海科技报;2010年

2 本报记者 任震宇;细颗粒物威胁“健康出行”[N];中国消费者报;2011年

3 本报记者 周迎久;细颗粒物控制成约束性指标[N];中国环境报;2013年

4 ;强化源头削减 分区分类控制[N];中国环境报;2013年

5 记者 徐维欣;细颗粒物标准制定尚需时日[N];文汇报;2009年

6 通讯员 王双瑾;探寻PM_(2.5)真相[N];中国环境报;2013年

7 记者 拓玲;征细颗粒物排污费改善空气质量[N];西安日报;2012年

8 刘敬奇;北京发布清洁空气行动计划[N];中国环境报;2013年

9 本报记者 贺小巍;每个人既是PM2.5的受害者也是参与者[N];陕西日报;2012年

10 记者 荣丽君;我市在全省率先监测PM2.5[N];西宁晚报;2012年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 赵斌;细颗粒物化学组成及其对前体物排放响应的数值模拟研究[D];清华大学;2015年

2 吴伊人;含油雾的环境空气中微细颗粒物净化用纤维滤料的织物特性研究[D];东华大学;2015年

3 王晓斐;Gprc5a基因缺失小鼠对SiO_2诱导的肺损伤易感性增加[D];上海交通大学;2015年

4 张英志;柴油车细颗粒物理化性质及其排放特征研究[D];清华大学;2016年

5 王飞;废水中细颗粒物过滤去除机理研究及应用[D];华东理工大学;2016年

6 朱继保;细颗粒物的电收集技术研究[D];浙江大学;2010年

7 高知义;大气细颗粒物人群暴露的健康影响及遗传易感性研究[D];复旦大学;2010年

8 赵金镯;大气细颗粒物心血管毒性的机制研究[D];复旦大学;2008年

9 李庚达;煤粉燃烧细颗粒物生成、演化与沉积特性实验研究[D];清华大学;2014年

10 顾泽平;大气细颗粒物有机质组成的变化规律及其在源解析中的应用[D];上海大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 孙志春;汽车细颗粒物排放研究[D];长安大学;2013年

2 马琼锦;上海二城区大气细颗粒物致大鼠肺损伤的比较性研究[D];复旦大学;2014年

3 陈璐;石化企业大气污染物对环境空气中PM_(2.5)的贡献分析[D];中国石油大学(华东);2014年

4 周璐璐;燃煤细颗粒水汽相变长大特性实验研究[D];东南大学;2015年

5 刘欢;重庆市主城区冬季大气细颗粒物（PM2.5）质量浓度的遥感估算模型研究[D];重庆师范大学;2016年

6 玛依热·热夏提（Mayira·RiXat）;乌鲁木齐市大气细颗粒物（PM2.5）成分的分布特征及细胞毒性研究[D];新疆医科大学;2016年

7 殷丽娜;南京市大气细颗粒物中碳组分的时空分布特征及来源研究[D];南京大学;2016年

8 李满会;大气细颗粒物（PM_(2.5)）对COPD患者转归影响及其调控炎性体的研究[D];苏州大学;2016年

9 胡凡宝;基于傅立叶变换离子回旋共振质谱仪分析大气细颗粒物中的有机污染物[D];山东大学;2016年

10 蒋斌;鹤山超级站大气细颗粒成分特征及二次污染过程成因研究[D];暨南大学;2016年

  本文关键词：室内细颗粒物沉降热效应的实验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：387664