通风对室内外颗粒物浓度关系影响的研究

摘要

空气悬浮颗粒物是我国目前主要的室外大气污染物，对人体健康具有很强的危害性。由于人的一生大部分时间在室内度过，可以通过建立室内外颗粒物浓度关系的方法来评价大气悬浮颗粒物污染对室内人员的危害程度。对室内外颗粒物浓度关系的研究主要通过建立颗粒物的室内外浓度比（I/O比）来进行。影响I/O比的因素包括建筑围护结构的穿透率、通风换气、颗粒物室内源强度、沉降速率及二次悬浮等，课题主要研究对通风换气对室内外颗粒物浓度关系的影响。 采用模型实验舱研究了稳态送风和动态送风条件工况，不同气流组织方式方式下，颗粒物经通风进入室内过程中，引起的室内颗粒物浓度变化过程，发现颗粒物的室内浓度分布是影响I/O比的重要因素，并提出了颗粒物龄的概念；另外，采用数值模拟的方法研究了不同粒径的颗粒物的运动规律，推荐了适合通风实验舱气流模拟的标准k-ε双方程模型和颗粒物浓度场模拟的滑移通量模型。对于欧拉模型和拉格朗日模型的适用性也给出建议。 在不存在室内源的情况下，由于大颗粒的气流间存在滑移速度，会导致I/O比大于1，同时导致颗粒物龄大于同一位置的空气龄。在由通风引起的室内颗粒物浓度增长过程中，浓度增长曲线与假设室内浓度均匀的理论曲线有很大差别，课题通过实验对质平衡方程进行修正，得到更加符合实际的理论公式。动态送风与稳态送风对于工作区I/O比变化规律没有明显影响，动态送风下送风口附近颗粒物浓度接近室外浓度所需时间较长，可以缓冲室外颗粒物浓度变化对室内的冲击。 数值模拟研究结果表明，用滑移通量模型研究室内颗粒物浓度分布时，对粒径大于5μm的颗粒物，重力作用和颗粒物与气流间滑移速度不可忽略，且重力作用会导致无室内源的条件下，房间下方颗粒物I/O比大于1；对粒径小于1μm的颗粒物，重力作用和颗粒物与气流间的滑移速度可以忽略，对浓度分布没有明显影响；粒径在1μm-5μm之间的颗粒物受到滑移速度和重力作用的影响较小，在一定情况下可以忽略。 气流组织方式是影响室内外颗粒物浓度关系的重要因素。数值模拟结果表明，在同侧送风和回风的气流组织方式下，下送上回的方式更加利于减小室外大颗粒对室内的影响。 通风对I/O比影响的研究，以及对不同粒径颗粒物运动规律的研究，可以指导空调系统设计，最大限度的降低室外颗粒物对室内造成的危害。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1室内颗粒物的危害和来源

1.1.1室内颗粒物对人类健康的危害

1.1.2室内颗粒物对生产工艺的危害

1.1.3室内颗粒物的来源

1.2室内外颗粒物浓度关系的国内外研究现状

1.2.1室内外颗粒物浓度关系研究动态

1.2.2动态热环境下的室内外颗粒物浓度关系

1.3课题的研究内容和意义

1.3.1课题的研究内容

1.3.2课题的意义

第二章室内外颗粒物浓度关系的研究方法

2.1通风对室内外颗粒物浓度关系影响的现场测试

2.1.1测试指标和方法

2.1.2测试原理和设备

2.2室内外颗粒物浓度关系的模型实验研究

2.3室内外颗粒物浓度关系的理论分析和数值模拟

第三章室内颗粒物运动和传播的数值模拟理论

3.1湍流数值模拟理论

3.1.1空间流场数值计算

3.1.2湍流模拟理论简介

3.1.3暖通空调领域常用湍流模型

3.2两相流模拟

3.2.1常用颗粒物输运模型简介

3.2.2欧拉模型和拉格朗日模型适用性分析

3.2.3颗粒物受力分析

第四章通风对室内外颗粒物浓度关系影响的实验研究

4.1室外颗粒物经通风进入室内的实验研究

4.1.1模型实验舱简介

4.1.2通风实验舱内颗粒物浓度增长规律

4.1.3不同粒径颗粒物的I/O比

4.2动态送风条件下颗粒物的I/O比

4.3室内颗粒物龄

4.3.1室内空气龄简介

4.3.2颗粒物龄

4.4本章小结

第五章通风对室内外颗粒物浓度关系影响的数值模拟研究

5.1湍流模型选择

5.1.1湍流模型分析

5.1.2风速场模拟校核

5.2通风对室内外颗粒物浓度关系影响的数值模拟

5.2.1模型选择

5.2.2速度滑移对模拟结果的影响

5.2.3通风对颗粒物I/O比影响的数值模拟

5.3本章小结

第六章结论及展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致 谢