通风房间内微生物气溶胶传播的CFD模拟

发布时间：2023-10-27 18:25

　　随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，通风空调建筑越来越多，在室内这样一个相对封闭空间，人们长时间接触病毒和细菌等微生物颗粒物，这将构成严重的潜在健康风险。因此研究室内微生物颗粒物的运动传播规律显得尤为重要，而通风量大小作为一个重要影响因素，是本文研究的主要内容。 本文以通风房间的微生物气溶胶传播数值模拟为研究重点，以流体力学、传热学和多相流运动为理论基础，运用计算流体力学(CFD)方法进行研究工作。首先选择某通风房间为研究对象，并以此建立物理模型，并进行合适的网格划分，选择恰当的边界条件，选用k—ε两方程模型，针对不同微生物源的形式和不同的通风量情况，对其进行数值模拟，从温度场、速度场、浓度场等角度，对不同通风量的结果进行对比并得出结论。然后选择微生物颗粒轨道模型，对通风房间典型粒径的微生物颗粒的运动轨迹进行模拟，从而了解微生物气溶胶的分布规律及在室内的运动情况。 本文的研究结果表明：通风量越大，室内同一位置上压力、风速越大，微生物气溶胶浓度值越小，空气龄越小，排除污染物的能力越强。污染物从源出来之后，速度会迅速减至气流速度。增加风量，可以缩短气溶胶排出房间所用时间，气溶胶运动越来...

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 主要研究内容
第二章 通风室内颗粒物的受力分析
    2.1 悬浮气溶胶颗粒受力分析
        2.1.1 重力
        2.1.2 拖拽力
        2.1.3 热泳力
        2.1.4 附加质量力
        2.1.5 Basset 力
        2.1.6 Saffman 力
        2.1.7 布朗力
        2.1.8 空气压力梯度力
        2.1.9 受力综合分析
    2.2 微生物气溶胶室内运动的物理特性
    2.3 微生物气溶胶运动预测的数值分析法
第三章 数值模拟的数学模型
    3.1 流体流动的控制方程
        3.1.1 质量守恒方程
        3.1.2 动量守恒方程
        3.1.3 能量守恒方程
        3.1.4 控制方程通用形式
    3.2 湍流流动的基本模型
    3.3 离散相（DPM）模型
        3.3.1 DPM 模型的适用条件
        3.3.2 DPM 模型的控制方程
    3.4 气流及颗粒计算边界条件说明
        3.4.1 气流计算边界条件
        3.4.2 离散相边界条件
    3.5 计算流体力学的求解过程
第四章 几何模型的建立及模拟条件的设定
    4.1 几何模型的建立
        4.1.1 几何模型
        4.1.2 模型的简化假设
        4.1.3 典型分析截面和交线的选取
        4.1.4 Gambit 建模
        4.1.5 网格划分
    4.2. 模拟条件的设定
        4.2.1 计算求解模型
        4.2.2 物性参数
        4.2.3 操作条件
        4.2.4 边界条件类型
        4.2.5 差分格式
    4.3 FLUENT 软件数值计算的步骤
    4.4 本章小结
第五章 各种场的数值模拟结果分析
    5.1 不同换气次数情况下模型边界条件的设置
    5.2 模拟结果分析
        5.2.1 模型 A 和 B 分别在三种风量情况下模拟结果
        5.2.2 模型 A 在 b 风量情况下模拟结果分析
        5.2.3 模型 B 在 e 风量情况下模拟结果分析
    5.3 本章小结
第六章 对空气和气溶胶运动轨迹的数值模拟
    6.1 通风效果的评价指标
    6.2 物理区域及模型简化
        6.2.1 物理模型
        6.2.2 模型简化
        6.2.3 FLUENT 软件对颗粒轨道模型的计算方法
    6.3 数值模拟结果及分析
        6.3.1 模型 A 微生物气溶胶运动轨迹分析
        6.3.2 模型 B 微生物气溶胶运动轨迹分析
        6.3.3 单个微生物气溶胶单元的轨迹
        6.3.4 气流场迹线
    6.4 本章小结
第七章 结论与期望
    7.1 结论
    7.2 下一步的工作与展望
参考文献
硕士阶段参加的科研项目
致谢



本文编号：3857040