大气悬浮颗粒物对建筑围护结构穿透机理的数值模拟

摘要

为了更好的明白污染物从发生源到接收器之间的运输过程，我们就需要更多的知识了解污染物穿透围护结构缝隙的过程。因此，为了准确地评估人们的暴露风险和防止大气颗粒物污染对人体健康的影响，获得大气颗粒物的穿透过程和其影响因素是极其必要的。 根据大多数科研人员研究表明，颗粒物来源主要有两种：一是来自于燃烧的泄漏源，二是在大气中形成的二次颗粒物。目前应用最广泛的减少室内颗粒物浓度的方法有三种：使用清洁设备、稀释室内空气和对源的控制。 本文介绍了颗粒物穿透缝隙的过程中不同的影响因素，如：缝的几何尺寸和形状、颗粒物的物理特性和形状特性、室内外气体的压差△P、气流参数、扩散系数D、悬浮颗粒物的沉降速度Vs、斯托克斯数St等对穿透系数的影响，并通过FLUENT软件模拟了颗粒物穿透缝隙的轨迹，预测了不同因素如缝隙的几何尺寸、形状、缝隙两边的压差等对不同粒径的颗粒物的穿透因子的影响。模拟结果表明：当缝高大于1mm时，0.1～10μm的颗粒物的穿透率几乎为1；当缝高≤0.1mm，缝隙两端的压差≤4Pa时，所有粒径范围内的颗粒物都不能穿透缝隙。缝高越大，缝隙两端的压差越大，穿透因子越大；缝长越长，穿透因子越小。缝的形状对穿透因子也有影响，当缝的形状不是直条型，且有一定的拐角时，在相同条件下，最大穿透因子比直条型要小，而较小粒径颗粒物的穿透因子甚至比直条型要大。这是本文的一个研究重点，也是本文的创新点。笔者把自己的模拟结果同他人的实验结果进行比较，发现吻合良好。 本文借助模拟手段，可以快速、低成本地预测室外颗粒物进入室内的穿透系数，从而进行相关的控制，以降低室内污染物的浓度，减少人们在室内环境中的健康风险。