室内环境参数和粒源高度对超细颗粒浓度分布影响研究

发布时间：2020-10-31 13:40

　　近年来人们高达80%的时间是在室内度过,因而室内空气品质受到广泛关注。超细颗粒作为影响室内空气品质的主要因素之一,对人体健康具有严重影响,因此研究室内超细颗粒的分布规律具有重要意义。本课题旨在以数值模拟与实验研究相结合的方式探究室内温度、送风速度、颗粒源高度等变量参数对室内超细颗粒浓度分布的影响。本课题数值模拟采用FLUENT计算流体力学软件,计算不同工况下室内超细颗粒的浓度分布规律。结合课题研究内容,采用空气颗粒物控制技术综合实验台开展实验研究。在本课题所设定工况下,得出以下结论:(1)数值模拟结果显示:超细颗粒从颗粒源发出之后,以颗粒源为中心,向所在三维空间扩散。Y方向0m-0.75m和0.75m-1.5m范围内的单位距离颗粒浓度衰减率相等,Z方向0m至颗粒源高度和颗粒源高度至2m范围内的单位距离颗粒浓度衰减率相等,因此颗粒浓度在Y方向和Z方向上均呈对称分布。(2)数值模拟结果显示:颗粒源高度为1.1m时,超细颗粒主要聚集在距离颗粒源0.5m范围内。颗粒浓度会在2.5m-2.0m范围内发生骤降。(3)在颗粒源高度、送风速度不变,室内温度不同的设定工况下,由模拟结果可知:测点1在不同温度下的最大浓度值为8.37E-05kg/m~3,最小浓度值为8.17E-05kg/m~3,两者之间的差值为2.04E-06 kg/m~3,且此差值在各测点不同温度下最大浓度值与最小浓度值的差值中居首位。由此得出温度在10℃-30℃之间变化时,各测点的超细颗粒浓度变化不大。由实验结果可知:各列测点的超细颗粒浓度最大值出现在Z=1.0m或Z=1.2m处。各测点的超细颗粒浓度受温度影响较小。结合数值模拟结果与实验结果可知:两者结果具有一致性,即10℃-30℃温度范围内,温度的变化对室内超细颗粒浓度分布的影响很小。(4)在颗粒源高度、室内温度不变,送风速度不同的设定工况下,由模拟结果可知:随着风速的增大,颗粒源延长线上的测点以及靠近回风口处的测点的超细颗粒浓度呈上升趋势,靠近送风口出的测点的颗粒浓度呈下降趋势。测点7在不同风速下的最大浓度值为5.97E-06kg/m~3,最小浓度值为6.31E-07 kg/m~3,两者之间的差值为5.3E-06 kg/m~3,且此差值在各测点不同风速下最大浓度值与最小浓度值的差值中居末位。由实验结果可知:各列测点的超细颗粒浓度最大值出现在Z=1.0m或Z=1.2m处,且各测点的超细颗粒浓度受风速影响较大。结合模拟结果与实验结果可知:在0.5m/s-2.5m/s送风速度范围内,送风速度的变化对室内超细颗粒的浓度分布具有较大影响。随着风速的增大,超细颗粒逐渐向回风口处扩散。(5)在室内温度、送风速度不变,颗粒源高度不同的设定工况下,由模拟结果可知:颗粒源高度为0.5m时,超细颗粒主要集中在0-1.0m高度范围内;颗粒源高度为1.1m时,超细颗粒主要集中在0.6-1.6m高度范围内;颗粒源高度为1.6m时,超细颗粒主要集中在1.1-2.0m高度范围内。由此可知,在室内温度为20℃,超细颗粒发射速度为1.6m/s,送风速度为1.5m/s时,超细颗粒的主要聚集区域的高度约为1.0m。由实验结果可知:颗粒的主要分布区域会随着颗粒源高度的改变,在垂直方向上移动。结合数值模拟结果与实验结果可知:颗粒源高度对室内超细颗粒的分布具有较大影响。改变颗粒源的高度,可以控制室内超细颗粒的分布区域。(6)将实验结果与数值模拟结果进行对比分析,得到的误差均在可接受范围之内。由此验证了数值模拟中采用的数学模型的准确性,以及数值模拟结果的可靠性。
【学位单位】：天津商业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：X513;TU834.8;TB115
【部分图文】：

浓度分布,物理模型

第三章数值模拟方法13左侧为回风侧。图3-1物理模型Fig.3-1PhysicalModel3.5模拟工况介绍本课题的变量参数包括了室内温度、送风速度、发射源高度等，通过改变以上变量参数，研究室内超细颗粒在不同工况下的浓度分布状态。在本课题研究中，设定颗粒粒径为1μm，颗粒发射速率为1.6m/s，初始浓度为0.03kg/m3，热源功率为800W。根据设定，将本实验分为23组工况，详细的内容见表3-1。表3-1数值模拟工况Table3-1Numericalsimulationconditions工况发射源高度（m）室内温度（℃）送风速度（m/s）A11.1101.5A21.1151.5A31.1201.5A41.1251.5A51.1301.5B11.1101B21.1151B31.1201B41.1251

布置图,布置图,平面,网格划分

第三章数值模拟方法15图3-2Z=1.1m平面模拟点布置图Fig.3-2GraphofplanesimulationpointatZ=1.1m3.7计算求解3.7.1建模与网格划分本课题数值模拟过程中模型的建立采用GAMBIT软件。在GAMBIT中，利用GEOMETRYCOMMANDBUTTON—VOLUMECOMMANDBUTTON命令建立规定尺寸的房间模型，采用同样的方式建立热源模型与发射源模型，然后通过VOLUMECOMMANDBUTTON—MOVE/COPY/ALIGNVOLUMES命令，对房间模型、热源模型、发射源模型进行移动、旋转等操作，将指定位置设为坐标原点，并使各部件到达设定位置。然后，通过VOLUMECOMMANDBUTTON—BOOLEANOPERATIONS—Subtract命令，对模型进行布尔减运算，使房间、热源、发射源成为一个整体。网格划分在GAMBIT中进行，并且出于需要，对热源模型和发射源模型进行加密处理，采用不同的网格节点间距，利用MESHCOMMANDBUTTON中的FACECOMMANDBUTTON以及VOLUMECOMMANDBUTTON完成对模型的网格划分。对体进行网格划分时采用GAMBIT内置的TGrid程序。网格划分完毕之后，得到的总网格数为83万。最后，导出后缀名为.msh的文件。图3-3为网格划分图。

示意图,数值模拟方法,网格划分,示意图