颗粒物在眼结膜上的沉降速度预测模型

摘要

目前，颗粒物速度沉降模型大体分为三类。经验公式模型、半经验公式模型和概率预测模型。这些模型有各自的特点，用时也存在明显的问题。经验公式模型各项的物理意义不够明确，实用性不强;半经验公式模型往往表达式繁琐，计算量过大;概率预测模型存在不定因素引起的随机误差。因此，本文提出颗粒物在眼结膜上沉降速度的新预测模型。
　　本文首先根据颗粒物沉降速度的定义，分析室内颗粒物受力，接着分析颗粒物在浓度边界层的沉降机理，然后分析出了影响颗粒沉降的主要因素，提出预测模型的微分方程。通过对各项简化后解得微分方程，得到沉降速度的解析法表达式。最后将模型的数值解与经典实验结果进行对比，验证了模型的可靠性。
　　本文得出在低摩擦速度下，致敏颗粒在眼结膜的沉降速度随粒径的增加呈先减小后增大变化，而在较高摩擦速度下，粒径越大沉降速度越大;当致敏颗粒的粒径相同时，空气的摩擦速度越大，其在眼结膜上的沉降速度越大。落入比例最高的粒径列为引发眼科疾病的过敏原重点粒径，需要给予医学上最大的重视。当室内空气运动较剧烈时，沉降于坐姿人体眼结膜的颗粒物越多，引发眼科疾病越几率大。新模型对找到引发眼科疾病的过敏原的重点粒径提供了思路，对影响眼科疾病发病率因素的研究提供了理论参考，具有跨学科的重要意义。
　　本文的解析法预测模型有明显的优势。首先，在保证精度的条件下，新模型多次运用近似公式简化微分方程，不仅减少了大量繁琐公式的输入，而且大大缩短了输出结果的计算时间。再者，不同于经验或半经验公式，新模型其表达式各项物理意义明确，理论性强于经验公式，同时避免了概率模型引起的随机误差。其次，当流场条件变化时，经验公式不能帮助我们了解颗粒物的行为或预测微粒的沉降。最后，新模型考虑了眼结膜与空气之间的温差引起的热泳，该因素是影响颗粒物在眼结膜上沉降速度的重要因素之一，因此，新模型的计算结果更接近实际情况，精度高于不考虑温差的模型。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 国内外的研究现状

1．2．1 国内研究现状

1．2．2 国外研究现状

1．3 室内颗粒污染对人体健康的危害

1．3．1 气溶胶颗粒对人体健康的危害

1．3．2 生物颗粒对人体健康的危害

1．4 本文的研究内容

1．5 课题来源

第2章 悬浮颗粒物沉降的理论基础

2．1 颗粒物的介绍

2．1．1 大气颗粒物的来源及组成

2．1．2 颗粒物的性质

2．1．3 气溶胶颗粒物的分类

2．1．4 有关的国家限额标准

2．1．5 室内的气溶胶颗粒物

2．1．6 空气中存在的微生物

2．2 主要参数的介绍

2．2．1 雷诺数

2．2．2 斯托克斯数

2．2．3 施密特数

2．2．4 摩擦速度

2．2．5 沉降速度

2．2．6 松弛时间

2．3 颗粒物沉降的受力分析

2．3．1 重力

2．3．2 布朗扩散力

2．3．3 紊流扩散力

2．3．4 涡泳力

2．3．5 热泳力

2．3．6 剪切浮力

2．3．7 斯托克斯阻力

2．3．8 其他力

2．3．9 综合受力分析

2．4 测定悬浮颗粒物浓度的方法

2．4．1 重量法

2．4．2 数量法

2．4．3 相对浓度方法

2．4．4 生物微粒的测定方法

2．5 本章小结

第3章 沉降的颗粒物对眼结膜的作用

3．1 人眼模型

3．2 颗粒物在边界层的运动机理

3．3 颗粒物与眼结膜之间的相互作用

3．3．1 碰撞与反弹

3．3．2 黏附

3．3．3 二次悬浮

3．4 沉积颗粒对眼结膜的生化作用

3．5 本章小结

第4章 颗粒物在眼结膜上沉降速度的预测模型

4．1 颗粒沉降实验与理论模型

4．2 经验公式

4．2．1 水力光滑区

4．2．2 粗糙过渡区

4．2．3 完全粗糙区

4．3 预测模型的微分方程

4．4 微分方程解析式的分解

4．4．1 布朗扩散项

4．4．2 紊流扩散项

4．4．3 热泳速度项

4．5 预测模型的求解

4．6 本章小结

第5章 预测模型的验证

5．1 预测结果与经典实验数据的对比

5．2 较高摩擦速度下沉降速度的预测

5．3 新预测模型的优点

5．4 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

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