室内环境中人体行走造成颗粒物二次悬浮的实验及模拟研究

摘要

随着人类在室内活动时间的增加，城市居民有90％左右的时间是待在室内的，所以室内空气质量约来越受到人们的重视。而空气中悬浮的颗粒物是影响室内空气质量的主要因素，现在对大家生活工作影响重大的雾霾主要就是由于空气中的可吸入颗粒物过多而产生的，空气中的颗粒物悬浮在空气中的颗粒物会对人体造成伤害，引起身体的不适。引起这些颗粒物的悬浮的原因有很多，室内人体的活动是引起颗粒物悬浮的关键因素，而普通的人体行走会引起颗粒物的二次悬浮，所以研究室内颗粒物二次悬浮，改善室内空气质量还有很有必要的。本课题主要研究的是室内环境中人体行走造成颗粒物二次悬浮。
　　本文主要通过实验研究结合数值模拟的方法，在不同工况下，当人体在室内行走时，研究空气中悬浮颗粒物的变化规律。本文的主要工作和创造性成果有:
　　1.研究不同相对湿度对人体行走引起颗粒物二次悬浮的影响。在不同相对湿度条件下(RH=40％、50％、60％、70％、80％)，地面材料是长绒地毯，且无室内外通风，研究人体行走对颗粒物二次悬浮的影响，测量空气中不同粒径颗粒物的悬浮浓度和颗粒密度，分析同一湿度不同粒径颗粒物的悬浮情况和同一粒径颗粒物在不同湿度情况下的变化规律。结果发现:在高相对湿度的情况下，小粒径的颗粒物会凝并成大粒径的颗粒物，而在低相对湿度的情况下，小粒径的颗粒物悬浮浓度和颗粒密度都相对较高。
　　2.研究不同风速对人体行走引起颗粒物二次悬浮的影响。在无室内外通风和有室内外通风（低风、中风、高风）情况下，相对湿度RH=50％，地面材料为长绒地毯，研究人体行走对颗粒物二次悬浮的影响，对比了这几种情况下，空气中颗粒物悬浮浓度和粒子密度的变化规律。结果发现:发现在有通风的情况下，颗粒物的悬浮率和悬浮密度要比无风的情况下要大。除此之外，随着风速的增大，小粒径的颗粒物悬浮浓度和颗粒物密度会增大，而大粒径的颗粒物悬浮浓度反而会有不同程度的减小。
　　3.运用数值模拟的手段研究颗粒物的运动规律。在实验的基础上结合数值模拟，了解通风情况下颗粒物的运动路径，更加完整地了解人体行走时，脚周围空气的流动情况，从而能够更加清晰的解释颗粒物悬浮的过程。结果发现:颗粒物的二次悬浮主要是由于人体行走或者是通风的情况下，空气中产生局部的高速区域，在这个的影响下，空气中的颗粒物会产生二次悬浮，增加空气中颗粒物浓度。

目录

声明

摘要

符号说明

1．1 研究背景

1．2 室内颗粒物的来源及粒径范围

1．3 室内颗粒物对人类健康的危害

1．4 室内颗粒物悬浮的研究现状

1．4．1 实验研究

1．4．2 数值模拟研究

1．5 本文主要研究内容

1．6 本文研究的目的和意义

1．6．1 研究目的

1．6．2 研究意义

第二章 室内颗粒物运动模型建立

2．1 空气中颗粒物受力方程

2．1．1 受力方程概述

2．1．2 颗粒物所受其它作用力

2．2 颗粒运动的数学物理模型

2．2．1 脚步起落运动模型

2．2．2 粘附模型

2．2．3 表面粗糙度模型

2．2．4 分离模型和颗粒分离

2．2．5 颗粒悬浮模型

2．2．6 颗粒沉积模型

2．2．7 颗粒云运输模型

2．3 本章小结

第三章 相对湿度对颗粒物二次悬浮影响的实验研究

3．1 实验情况概述

3．1．1 实验区域布置

3．1．2 湿度控制仪器

3．1．3 粒子监测设备

3．1．4 实验粉尘性质

3．1．5 实验步骤

3．1．6 悬浮率估算方法

3．2 相对湿度影响分析

3．2．1 人体行走对颗粒物悬浮浓度的影响分析

3．2．2 相对湿度对不同粒径颗粒物悬浮浓度和颗粒密度的影响分析

3．2．3 不同湿度对不同粒径颗粒物悬浮率的影响分析

3．3 本章小结

第四章 通风风速对颗粒物二次悬浮影响的实验研究

4．1 实验场地布置

4．1．1 颗粒撒播方式

4．1．2 通风装置

4．1．3 实验步骤

4．2 通风对人体行走引起颗粒物二次悬浮影响分析

4．2．1 人体行走对颗粒物二次悬浮的影响

4．2．2 不同通风情况对不同粒径颗粒物二次悬浮的影响

4．3 本章小节

第五章 颗粒物二次悬浮的数值模拟研究

5．1 连续相相关知识

5．1．2 控制方程及湍流模型的选取

5．2 离散相模拟相关知识

5．2．1 离散相模拟求解过程

5．2．2 离散相边界条件

5．3 模型建立及相关设置

5．3．1 模型建立及网格划分

5．3．2 边界条件设置

5．4 模拟结果分析

5．4．1 脚上下运动模拟分析

5．4．2 室内通风对粒子运动轨迹的分析

5．5 本章小结

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果