本文關(guān)鍵詞：室內(nèi)細(xì)顆粒物沉降熱效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：室內(nèi)細(xì)顆粒物來源復(fù)雜,作為一種特殊的污染源正深刻改變著我們的生存環(huán)境。細(xì)顆粒物伴隨人體的呼吸作用進(jìn)入到人體肺部組織,穿透肺泡并直接將表面吸附的強(qiáng)致癌、致畸等有毒有害物質(zhì)通過人體的血液循環(huán)系統(tǒng)到達(dá)機(jī)體的各組織、器官,從而影響到心臟、大腦等重要器官,引起一系列疾病,甚至影響到肺癌發(fā)病率的提升,對人類健康造成了極大的危害;同時(shí)細(xì)顆粒物的沉降對文物藝術(shù)收藏、精密儀器制造、生物醫(yī)藥等方面也產(chǎn)生了負(fù)面影響。室內(nèi)細(xì)顆粒物沉降到物體表面的行為取決于顆粒的受力條件,其中熱泳力對細(xì)顆粒物沉降的影響很大,因此研究室內(nèi)細(xì)顆粒物沉降的熱效應(yīng)十分重要。本文針對民用建筑室內(nèi)裝有散熱器或者工業(yè)環(huán)境存在高溫?zé)嵩椿蛘叩蜏乩湓搭愃频那闆r,熱或冷的表面附近存在一定的溫度梯度,會影響顆粒在該熱邊界層內(nèi)的運(yùn)動(dòng)特性,進(jìn)而理論分析了水平外掠熱壁面不同壁面溫度下的邊界層厚度,得到了不同壁面溫度下的壁面速度邊界層及熱邊界層厚度隨著水平外掠壁面來流距壁前端不同距離x的變化曲線,熱壁面附近形成較大的溫度梯度與速度梯度,形成的速度邊界層的最大厚度可達(dá)2.85cm,熱邊界層的最大厚度可達(dá)3.14cm,并利用數(shù)值模擬進(jìn)行了驗(yàn)證,從而為垂直熱壁面在熱邊界層厚度范圍內(nèi)衛(wèi)生香顆粒濃度及粒徑分布的測試提供了理論依據(jù);不同距壁前端距離x、不同壁面溫度,不同顆粒粒徑條件下的熱泳力、重力、Saffman升力及曳力強(qiáng)度對比,在所研究粒徑范圍內(nèi),顆粒受到的曳力占據(jù)著主導(dǎo)地位,其次為熱泳力和重力,而Saffman升力對細(xì)顆粒的運(yùn)動(dòng)的影響相對較小。本文著重對室內(nèi)細(xì)顆粒物沉降熱效應(yīng)和溫度梯度場內(nèi)細(xì)顆粒物的分布進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)研究的主要工作如下:首先,為了營造壁面附近存在一定的溫度梯度,在室內(nèi)環(huán)境中放置了尺寸為30cm×20cm的溫度能在0~350℃內(nèi)變化的水平熱壁面,以及一臺自制的熱電制冷裝置提供溫度為1℃左右的同尺寸水平冷壁面,選取熱壁面設(shè)定溫度為100℃、冷壁面為1℃的典型工況,對熱壁面和冷壁面影響下實(shí)驗(yàn)房間的室內(nèi)流場進(jìn)行連續(xù)13min實(shí)驗(yàn)測試,得出結(jié)論:靠近100℃熱壁面前端的來流速度平均值為0.206m/s,熱壁面的存在對壁面上方附近流場形成了一定程度的擾動(dòng)作用,且壁面溫度越高,上方附近熱氣流越明顯,從而熱壁面附近形成較大的溫度梯度與速度梯度。然后,選用了20~500nm的納米銀粒子作為標(biāo)記細(xì)顆粒物研究其沉降規(guī)律。利用氣溶膠發(fā)生器發(fā)射納米銀顆粒,營造室內(nèi)一定的銀顆粒氣溶膠濃度條件,利用場發(fā)射掃描電鏡微觀觀測不同溫度壁面上的顆粒沉降情況。在相同的集塵時(shí)間(40分鐘)選取相同大小的視場,觀測視場下壁面積塵量的多少及積塵顆粒粒徑的大小情況。觀察到細(xì)顆粒物明顯的熱泳效應(yīng),且發(fā)現(xiàn)在50~400nm顆粒物粒徑范圍,溫度越高沉降的顆粒數(shù)越少,熱泳效應(yīng)越強(qiáng)烈。最后,通過發(fā)散衛(wèi)生香煙顆粒,實(shí)驗(yàn)研究了垂直壁面附近細(xì)顆粒的熱泳效應(yīng)。利用電加熱膜作為穩(wěn)定熱源設(shè)計(jì)營造了不同溫度下的垂直壁面與附近空氣形成一定溫度梯度的熱源區(qū)域,其附近區(qū)域內(nèi)的顆粒物會逃離該熱面運(yùn)動(dòng),從而造成垂直熱面附近區(qū)域內(nèi)的細(xì)顆粒物數(shù)濃度減少以及顆粒物粒徑分布的變化。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)衛(wèi)生香煙霧顆粒中,隨著垂直面上溫度梯度的增加,粒徑范圍20.77~213.10nm衛(wèi)生香煙霧顆粒數(shù)濃度衰減越明顯,而粒徑范圍270.56~1093.64nm衛(wèi)生香煙霧顆粒數(shù)濃度衰減量卻比較少,垂直面上熱源造成衛(wèi)生香煙霧顆粒數(shù)濃度減少,主要貢獻(xiàn)來自于粒徑范圍22.77~213.10nm顆粒物數(shù)濃度的減少。這說明在垂直壁面附近22.77~213.10nm粒徑范圍的細(xì)顆粒受到的熱泳力作用最強(qiáng)烈,熱泳力更容易驅(qū)使該粒徑范圍的細(xì)顆粒遠(yuǎn)離熱壁面附近區(qū)域運(yùn)動(dòng)。通過以上研究,本文得出以下結(jié)論:熱壁面的存在對近壁一定區(qū)域范圍流場內(nèi)細(xì)顆粒運(yùn)動(dòng)和沉降造成了一定程度的影響,隨著壁溫的升高,壁面熱邊界層內(nèi)溫度梯度和速度梯度也就越大,進(jìn)而近壁區(qū)域熱泳效應(yīng)對微粒沉降特性產(chǎn)生了絕對影響,熱泳沉降成為了近壁納米及亞微米細(xì)顆粒沉降的最主要因素;而對于較大粒徑的顆粒,由于重力作用增大,相比于納米及亞微米細(xì)顆粒更易沉降。
【關(guān)鍵詞】：細(xì)顆粒 溫度梯度 熱泳沉降 實(shí)驗(yàn)研究
【學(xué)位授予單位】：湖南工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TU834.8
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-24
• 1.1 研究背景12
• 1.2 室內(nèi)細(xì)顆粒物的來源及相關(guān)特性12-15
• 1.3 室內(nèi)細(xì)顆粒物對人體健康的危害15-17
• 1.4 室內(nèi)細(xì)顆粒物對生產(chǎn)及其他行業(yè)的危害17
• 1.5 細(xì)顆粒熱泳特性研究現(xiàn)狀及進(jìn)展17-21
• 1.5.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀18-20
• 1.5.2 國外研究現(xiàn)狀20-21
• 1.6 本課題的研究內(nèi)容及意義21-24
• 1.6.1 研究內(nèi)容21-22
• 1.6.2 研究意義22-24
• 第二章 室內(nèi)細(xì)顆粒物運(yùn)動(dòng)特性及受力計(jì)算模型24-34
• 2.1 室內(nèi)細(xì)顆粒的運(yùn)動(dòng)特性分析24-27
• 2.1.1 室內(nèi)流場流動(dòng)區(qū)域劃分24-26
• 2.1.2 細(xì)顆粒與壁面之間的作用方式26-27
• 2.2 室內(nèi)細(xì)顆粒受力計(jì)算模型27-33
• 2.2.1 單個(gè)顆粒受力方程概述27
• 2.2.2 熱泳力計(jì)算模型27-29
• 2.2.3 其他力計(jì)算模型29-33
• 2.3 本章小結(jié)33-34
• 第三章 室內(nèi)近壁處邊界層內(nèi)細(xì)顆粒物受力理論研究34-52
• 3.1 室內(nèi)流場及特性34-40
• 3.1.1 室內(nèi)流場的研究方法34
• 3.1.2 室內(nèi)流場的計(jì)算模型及選擇34-35
• 3.1.3 室內(nèi)流場的描述及特性研究35-36
• 3.1.4 室內(nèi)流場的測試與數(shù)值計(jì)算36-40
• 3.2 壁面熱邊界層研究40-44
• 3.2.1 熱邊界層及其厚度定義40-41
• 3.2.2 熱邊界層厚度計(jì)算41-43
• 3.2.3 熱壁面摩擦速度計(jì)算43-44
• 3.3 顆粒物在熱邊界層內(nèi)的受力分析44-50
• 3.3.1 顆粒所受主要作用力的簡化44
• 3.3.2 熱泳力的強(qiáng)度分析44-47
• 3.3.3 其他力的強(qiáng)度分析47-50
• 3.4 本章小結(jié)50-52
• 第四章 水平壁面細(xì)顆粒沉降熱效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究52-66
• 4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募皟?nèi)容52
• 4.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)52-58
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)顆粒物的選擇52-53
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)場地53
• 4.2.3 熱壁面及冷壁面53-54
• 4.2.4 實(shí)驗(yàn)主要儀器及其工作原理54-58
• 4.3 水平壁面熱泳沉降效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究58-65
• 4.3.1 室內(nèi)顆粒物粒徑分布特征實(shí)驗(yàn)60-61
• 4.3.2 60℃壁面溫度下顆粒沉降微觀觀察結(jié)果61-62
• 4.3.3 100℃壁面溫度下顆粒沉降微觀觀察結(jié)果62-63
• 4.3.4 350℃壁面溫度下顆粒沉降微觀觀察結(jié)果63-65
• 4.4 本章小結(jié)65-66
• 第五章 垂直壁面附近細(xì)顆粒熱泳效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究66-77
• 5.1 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)66-67
• 5.2 實(shí)驗(yàn)儀器67
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析67-76
• 5.4 本章小結(jié)76-77
• 第六章 結(jié)論與展望77-79
• 6.1 結(jié)論77-78
• 6.2 展望78-79
• 參考文獻(xiàn)79-84
• 附錄84-87
• 攻讀學(xué)位期間主要的研究成果87-88
• 致謝88

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本文編號：387664