發(fā)布時(shí)間：2017-05-17 03:05

  本文關(guān)鍵詞：室內(nèi)細(xì)顆粒物熱泳效應(yīng)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：室內(nèi)環(huán)境是人類生活和工作的主要地點(diǎn),因此室內(nèi)空氣品質(zhì)已經(jīng)成為全球關(guān)注的一大問(wèn)題。較小粒徑的顆粒物可以進(jìn)入人體內(nèi)部,干擾人體器官的正常運(yùn)行,進(jìn)而引發(fā)一系列疾病。同時(shí),細(xì)顆粒物沉降到工業(yè)產(chǎn)品、電子設(shè)備等表面,還能引起產(chǎn)品表面的腐蝕以及設(shè)備的損壞。因此展開對(duì)室內(nèi)細(xì)顆粒物動(dòng)力行為的研究具有重要現(xiàn)實(shí)意義。目前為止,國(guó)內(nèi)外關(guān)于細(xì)顆粒物的動(dòng)力學(xué)、不同室內(nèi)環(huán)境下顆粒物運(yùn)動(dòng)特性以及熱泳效應(yīng)對(duì)于室內(nèi)顆粒物運(yùn)動(dòng)特性影響的研究都已經(jīng)有了一定發(fā)展,但是對(duì)于不同粒徑以及不同溫度梯度下熱泳效應(yīng)的大小以及熱泳效應(yīng)對(duì)于顆粒沉降的具體影響程度的相關(guān)研究還很少。本文對(duì)室內(nèi)空間流場(chǎng)特征及近壁面的高溫度梯度區(qū)域內(nèi)單個(gè)顆粒的受力進(jìn)行了理論分析及數(shù)值模擬,對(duì)比了重力、阻力、熱泳力及Saffman力的大小,同時(shí)討論了不同溫度梯度情況下不同粒徑顆粒的受力情況以及熱泳效應(yīng)對(duì)顆粒物沉降速度的影響,得到了熱泳效應(yīng)的初步規(guī)律。主要研究?jī)?nèi)容有以下幾點(diǎn):首先,從體積分?jǐn)?shù)與松弛時(shí)間兩個(gè)方面進(jìn)行了理論分析,判定室內(nèi)的空氣-顆粒兩相流屬于稀疏兩相流,從而為對(duì)室內(nèi)流場(chǎng)中顆粒物熱泳效應(yīng)影響下運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬確定了條件;環(huán)境中溫度梯度的存在會(huì)進(jìn)而導(dǎo)致顆粒的不均勻分布,而亞微米顆粒物的碰撞凝并概率與濃度分布之間有著密切的聯(lián)系,因此為了對(duì)考慮熱泳效應(yīng)情況下顆粒物的運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行一定的完善,本文建立了顆粒物碰壁數(shù)及顆粒之間碰撞的概率模型,并對(duì)碰撞結(jié)果進(jìn)行了分析,得出隨著碰撞初速度以及顆粒數(shù)密度的增加,亞微米顆粒碰撞后發(fā)生凝并的可能性也會(huì)增加,因此熱泳存在下,在數(shù)密度及速度較大的情況下,亞微米顆粒的運(yùn)動(dòng)需要適當(dāng)考慮顆粒間的碰撞;為確定室內(nèi)細(xì)顆粒物的計(jì)算粒徑,通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出室內(nèi)顆粒物主要分布在5~500nm的粒徑范圍,因此選取1?m以內(nèi)的粒徑范圍進(jìn)行受力計(jì)算與熱泳效應(yīng)分析。其次,為研究室內(nèi)流場(chǎng)下細(xì)顆粒物的熱泳效應(yīng),運(yùn)用數(shù)值模擬方法對(duì)室內(nèi)氣相流場(chǎng)進(jìn)行了分析,選取典型的機(jī)械送風(fēng)會(huì)議室作為計(jì)算模型,假設(shè)室內(nèi)放置一溫度高于室內(nèi)氣流的壁面,在流場(chǎng)計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上,計(jì)算與驗(yàn)證了近壁面區(qū)域的溫度梯度與速度梯度,確定了熱壁面存在下對(duì)附近流場(chǎng)造成影響的范圍。第三,在氣相流場(chǎng)的模擬結(jié)果基礎(chǔ)上對(duì)近熱壁面區(qū)域內(nèi)單個(gè)顆粒的受力的相對(duì)大小進(jìn)行了具體計(jì)算及大小量級(jí)的對(duì)比,得出結(jié)論:粒徑?0.1?m的亞微米顆粒受到熱泳力的作用較強(qiáng)。熱泳的存在會(huì)降低亞微米大小的顆粒在熱壁面上的沉積量;而對(duì)于較大粒徑的顆粒,其受到的重力較大,相比于小粒徑顆粒更易發(fā)生沉積;第四,為了了解不同溫度場(chǎng)下顆粒物的運(yùn)動(dòng)情況,對(duì)熱壁面及冷壁面存在下顆粒的運(yùn)動(dòng)分布進(jìn)行了數(shù)值模擬,得出:在熱泳效應(yīng)的影響下,在熱壁面上部高溫度梯度區(qū),顆粒濃度較低,遠(yuǎn)離此區(qū)域一定位置處,顆粒出現(xiàn)高濃度聚集分布的現(xiàn)象;在近冷壁面的高溫度梯度區(qū),顆粒呈現(xiàn)較高濃度分布的現(xiàn)象,遠(yuǎn)離此區(qū)域的位置,顆粒呈現(xiàn)低濃度的分布現(xiàn)象;最后,建立了不同粒徑顆粒物在不同方向平面上的沉積速度模型,并考慮熱泳效應(yīng)造成的顆粒局部高濃度聚集現(xiàn)象,提出在模型中添加顆粒碰撞因素的方法,以水平向上壁面上顆粒的沉積為例進(jìn)行了驗(yàn)證。研究表明:不考慮熱泳力影響時(shí),粒徑?0.1?m的顆粒物的沉積受到湍流和布朗擴(kuò)散的主導(dǎo)作用;粒徑?0.1?m的顆粒,其受到的重力的作用更加明顯,隨著粒徑的增加,相應(yīng)的沉降速度持續(xù)增長(zhǎng);考慮熱泳力的作用時(shí),粒徑?0.3?m顆粒受到熱泳效應(yīng)的影響較為顯著,熱顆粒在水平冷壁面上的沉積速度明顯增大,在水平熱壁面上的沉積速度明顯減小;當(dāng)壁面溫度高于流體溫度達(dá)到20℃的量級(jí)時(shí),粒徑?0.3?m的顆粒在水平熱壁面上的沉積速度小于1010-數(shù)量級(jí),幾乎很難在壁面上形成沉積。
【關(guān)鍵詞】：細(xì)顆粒物 熱泳效應(yīng) 數(shù)值模擬 沉積速度
【學(xué)位授予單位】：湖南工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：X513;TU83
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 課題研究背景11-12
• 1.2 室內(nèi)細(xì)顆粒物的來(lái)源及分類12-13
• 1.3 室內(nèi)細(xì)顆粒物熱泳效應(yīng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.4 本課題的研究目的及創(chuàng)新點(diǎn)16-17
• 1.4.1 研究目的16
• 1.4.2 創(chuàng)新點(diǎn)16-17
• 第二章 室內(nèi)細(xì)顆粒物運(yùn)動(dòng)特性分析17-38
• 2.1 單個(gè)顆粒的受力方程17-23
• 2.2 室內(nèi)氣固稀疏兩相流的動(dòng)力學(xué)判定23-26
• 2.2.1 體積分?jǐn)?shù)判定法23-25
• 2.2.2 松弛時(shí)間判定法25-26
• 2.3 細(xì)顆粒物碰撞模型26-34
• 2.3.1 建立碰撞模型的前提假設(shè)26-27
• 2.3.2 細(xì)顆粒物碰壁數(shù)模型27-28
• 2.3.3 顆粒-顆粒間碰撞概率模型28-29
• 2.3.4 細(xì)顆粒物間碰撞結(jié)果分析29-34
• 2.4 室內(nèi)顆粒物粒徑分布特征實(shí)驗(yàn)34-36
• 2.4.1 實(shí)驗(yàn)儀器34-35
• 2.4.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程35
• 2.4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果35-36
• 2.5 本章小結(jié)36-38
• 第三章 室內(nèi)氣相流場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算及顆粒受力分析38-58
• 3.1 室內(nèi)通風(fēng)形式及各種通風(fēng)形式下的流場(chǎng)分布38-39
• 3.2 流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算理論基礎(chǔ)39-43
• 3.2.1 湍流的數(shù)值計(jì)算方法40-41
• 3.2.2 室內(nèi)氣流組織的控制方程組模型41-42
• 3.2.3 壁面函數(shù)42-43
• 3.3 研究對(duì)象及模擬結(jié)果43-48
• 3.3.1 研究對(duì)象43-44
• 3.3.2 湍流模型的選擇44
• 3.3.3 計(jì)算前處理及條件設(shè)置44-46
• 3.3.4 模擬結(jié)果及分析46-48
• 3.4 近壁邊界層的計(jì)算與驗(yàn)證48-52
• 3.4.1 邊界層的定義48-49
• 3.4.2 邊界層的計(jì)算與驗(yàn)證49-52
• 3.5 近熱壁單個(gè)顆粒受力大小的分析52-56
• 3.5.1 近壁面處力的量級(jí)分析52-56
• 3.5.2 結(jié)果分析56
• 3.6 本章小結(jié)56-58
• 第四章 壁面溫度對(duì)顆粒物運(yùn)動(dòng)影響的數(shù)值模擬58-63
• 4.1 顆粒運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬理論基礎(chǔ)58-59
• 4.2 模型的選取59-60
• 4.3 模擬計(jì)算結(jié)果分析60-61
• 4.3.1 熱壁面時(shí)顆粒濃度分布60-61
• 4.3.2 冷壁面時(shí)顆粒濃度分布61
• 4.4 本章小結(jié)61-63
• 第五章 顆粒物在壁面上的沉積63-74
• 5.1 顆粒的擴(kuò)散模型63-67
• 5.1.1 湍流擴(kuò)散64-66
• 5.1.2 重力、熱泳與布朗擴(kuò)散66-67
• 5.2 摩擦速度及顆粒的濃度邊界層67-68
• 5.3 顆粒的沉積速度68-70
• 5.3.1 垂直表面上顆粒的沉積速度69
• 5.3.2 水平表面上顆粒的沉積速度69-70
• 5.4 實(shí)例驗(yàn)證70-72
• 5.5 本章小結(jié)72-74
• 第六章 結(jié)論與展望74-76
• 6.1 結(jié)論74-75
• 6.2 展望75-76
• 參考文獻(xiàn)76-80
• 攻讀學(xué)位期間主要成果80-81
• 致謝81-82

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