空调系统生物颗粒传播过程及控制的CFD仿真

摘要

微生物污染作为引起病态建筑综合症的主要原因之一越来越引起人们的广泛关注。通风空调系统是为人们提供一个舒适健康的室内环境，但如果空调系统设计、运行、管理不善，就有可能变成微生物滋生的场所，污染室内空气，影响人体健康。研究结果表明，迁移进入室内环境中的大气颗粒物浓度与室外颗粒物浓度处于同一数量级，而且即使在非常低的浓度下，大气悬浮颗粒物浓度与人群发病率和死亡率仍呈现显著的正相关性。因此，有必要针对微生物污染控制来改进空调系统的设计、运行和管理。
　　空气及通风空调系统中的微生物大多附着在灰尘颗粒上，以生物颗粒的形式附着在管道表面。本文总结了处于管道内表面的生物颗粒的受力，根据力或力矩平衡原理，结合管道内表面多分散相生物颗粒的粒径组成，得出不同风速下的悬浮比例。对于入口送入的生物颗粒，采用Rosin-Rammler分布，较精确的描述了空气中颗粒物的组成。结合对于这两部分污染源污染物在几种典型管道中扩散的CFD模拟结果，比较得出了风速对管道中颗粒物浓度的影响。
　　加大新风比是目前普遍采用的提高室内空气品质的方法，新风能够补充氧气，稀释二氧化碳、苯等有害气体和消除异味。但众所周知，近年来大气污染严重，对于大气中的尘埃粒子和附着于其上的微生物，如果不经过有效的过滤处理，室外空气的引入可能反而会加重室内空气的污染。因此，在加大新风比的同时，如何控制其中的尘埃粒子和微生物粒子的含量是空调设计师们应当考虑的问题，本文针对室内颗粒污染物浓度，对不同新风比，不同过滤器组合的系统进行CFD模拟，分析得出怎样的过滤器组合能够有效的稀释室内污染物。
　　对于空气微生物污染扩散研究的最终目的是为了控制微生物的污染，减少其对人体的危害。本文通过对比分析得到，微波消毒方法能够有效的杀灭空气中的微生物，开发了空气微波消毒装置，通过实验验证了其灭菌效果，并采用非稳态CFD仿真方法模拟了其在人员密集场所的运行过程，验证了微波消毒器能够快速有效的控制室内微生物含量。

目录

空调系统生物颗粒传播过程及控制的CFD仿真

CFD SIMULATION OF MICROBE PARTICLE

摘要

Abstract

主要符号表

第1章 绪论

1.1 课题背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内外对于空调系统污染的调查结果

1.2.2 CFD 技术在仿真室内污染物浓度场方面的研究现状

1.2.3 国内外对微生物污染控制方法的研究

1.2.4 国内外对微波消毒机理的研究

1.3 本文研究内容

1.3.1 现有问题分析

1.3.2 主要研究内容

第2章 空调风管系统微生物污染物扩散特性的仿真研究

2.1 管道内表面生物颗粒的受力分析

2.1.1 范德华力

2.1.2 毛细力

2.1.3 静电力

2.1.4 重力

2.1.5 萨夫曼力

2.1.6 气流力

2.2 颗粒悬浮过程分析

2.3 颗粒运动数学模型

2.3.1 连续相控制方程

2.3.2 湍流中的离散相颗粒

2.3.3 颗粒运动方程

2.3.4 初始和边界条件

2.3.5 数值方法

2.4 模拟计算结果

2.5 组合管道模拟结果

2.6 本章小结

第3章 新风比对室内颗粒污染物浓度的影响

3.1 建立气溶胶CFD 仿真模型

3.1.1 数值模拟方法

3.1.2 墙体边界层的处理

3.2 带有回风的空调系统污染物浓度场模拟方法研究

3.3 新风比的变化对室内污染物浓度场影响的CFD 模拟

3.4 本章小结

第4章 空气微波消毒装置的开发

4.1 微波消毒基本原理

4.1.1 微波的热效应

4.1.2 微波的非热效应

4.1.3 综合效应的杀菌作用

4.2 微波消毒装置的设计

4.2.1 微波防泄漏设计

4.2.2 滤料含湿率设计

4.3 空气微波消毒实验

4.3.1 实验步骤

4.3.2 实验结果

4.4 本章小结

第5章 微波净化消毒器的运行过程仿真

5.1 空气微波净化消毒器的设计

5.2 非稳态数值模拟

5.2.1 非稳态控制方程

5.2.2 初始条件的设置

5.3 模拟结果

5.4 本章小结

结论

参考文献

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致谢