本文選題：氣溶膠顆粒物 + 風(fēng)洞　； 參考：《東華大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：由于顆粒物影響全球氣候系統(tǒng),目前人們對(duì)顆粒物的興趣正呈指數(shù)遞增,對(duì)于顆粒物捕集的研究已經(jīng)成為氣象科學(xué)和空氣污染研究的一個(gè)主要課題。此外,顆粒物對(duì)健康具有不利影響,例如呼吸道疾病和心血管疾病的加重與顆粒物密切相關(guān)。顆粒物的一個(gè)重要特點(diǎn)是它會(huì)附著于植物,并可通過(guò)植物除去。因此,全世界種植樹(shù)木以用來(lái)防風(fēng)固沙。在中國(guó)的北方城市,常綠植物的葉片可以對(duì)粉塵進(jìn)行有效地吸附。樹(shù)枝尺度葉片的空間分布比生態(tài)系統(tǒng)中樹(shù)冠內(nèi)的葉片分布簡(jiǎn)單的多,同時(shí)這樣的規(guī)模仍然提供了足夠多數(shù)量的葉子用于吸附氣溶膠顆粒物,因此,了解葉片和生態(tài)系統(tǒng)之間的中間尺度的顆粒物沉積是必要的,而風(fēng)洞試驗(yàn)是一種研究氣溶膠顆粒物在樹(shù)枝尺度植物上沉積的有效方法。雖然這種風(fēng)洞設(shè)置沒(méi)有解決生態(tài)系統(tǒng)中氣溶膠顆粒物沉積的所有復(fù)雜性,但是它確實(shí)對(duì)所有氣溶膠顆粒物通過(guò)布朗擴(kuò)散沉積的這一共同的關(guān)鍵過(guò)程進(jìn)行了放大,為當(dāng)前的可吸入顆粒物的治理提供參考。因此,本文通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)研究植物的流動(dòng)阻力及顆粒物在植物上的沉積速度。為了獲得植物的流動(dòng)阻力及顆粒物的沉積速度,本課題以三種植物(小葉黃楊、橡樹(shù)以及松樹(shù))為研究對(duì)象,通過(guò)試驗(yàn)測(cè)量,表明了其葉面積指數(shù)與填充密度之間的關(guān)系,并通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試分別提出植物的流動(dòng)阻力以及顆粒物沉積速度的關(guān)系表達(dá)式。主要研究工作和研究結(jié)論如下:(1)為了獲得樹(shù)枝尺度植物的捕集效率及流動(dòng)阻力,通過(guò)搭建風(fēng)洞試驗(yàn)臺(tái),在不同工況下分別測(cè)定樹(shù)枝尺度的植物對(duì)氣溶膠顆粒物的捕集效率,并擬合出捕集效率與氣流速度、填充密度以及顆粒物粒徑之間的關(guān)聯(lián)式。并分別用相同工況下其他組的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)關(guān)聯(lián)式進(jìn)行了驗(yàn)證,最后提出三種植物捕集效率的綜合關(guān)聯(lián)式。試驗(yàn)結(jié)果表明,樹(shù)枝尺度的植物對(duì)不同粒徑的氣溶膠顆粒物的捕集效率隨著風(fēng)速的增大先減小而后增大;在不同風(fēng)速下植物對(duì)不同粒徑氣溶膠顆粒物的捕集效率都是隨著填充密度的增大而增大;不同風(fēng)速下樹(shù)枝尺度的植物對(duì)氣溶膠顆粒物的捕集效率都是隨著顆粒物粒徑的增大先減小,之后隨著粒徑的進(jìn)一步增大而增大。試驗(yàn)表明,氣溶膠顆粒物在三種樹(shù)枝尺度植物中的最大穿透粒徑均為1μm,當(dāng)顆粒物粒徑小于1μm時(shí),植物對(duì)顆粒物的主要捕集機(jī)理為擴(kuò)散,當(dāng)顆粒物粒徑大于1μm時(shí),主要的捕集機(jī)理為攔截和碰撞。同時(shí)也給出了樹(shù)枝尺度植物的阻力系數(shù)與葉面積指數(shù)之間的關(guān)系式,并用試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)關(guān)系式進(jìn)行了驗(yàn)證,最后給出三種植物阻力系數(shù)綜合關(guān)系式。(2)為了獲得顆粒物在樹(shù)枝尺度植物上的沉積速度,將給定的葉面積指數(shù)的整體枝葉這些不同風(fēng)速下的捕集效率值轉(zhuǎn)化成沉積速度,然后計(jì)算出沉積速度的試驗(yàn)值。并提出了氣溶膠顆粒物在三種樹(shù)枝尺度植物上的沉積速度與顆粒物粒徑、風(fēng)速以及葉面積指數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系。此外,依據(jù)均質(zhì)纖維捕集層捕集理論計(jì)算出顆粒物在葉面上沉積速度的理論值。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn),試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果比較吻合,沉積速度Vd的試驗(yàn)值與理論計(jì)算值隨顆粒物粒徑的變化趨勢(shì)相同,都是隨著氣溶膠顆粒物粒徑的增大而先減少后增加。(3)為了獲得灌木對(duì)顆粒物的捕集效率,通過(guò)建立典型的灌木模型,在不同工況下進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn),分別測(cè)算出灌木模型對(duì)氣溶膠顆粒物的捕集效率。提出了捕集效率及其影響參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)式,并且采用非樣本數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證。同時(shí),采用CFD中的DPM模型進(jìn)行數(shù)值模擬,模擬結(jié)果表明,捕集效率的模擬值與試驗(yàn)值存在一定誤差,產(chǎn)生誤差的原因?yàn)椴都w的幾何網(wǎng)格尺寸與顆粒物粒徑尺寸差距過(guò)大,如何減少模擬值與試驗(yàn)值的誤差有待于進(jìn)一步深入研究。
[Abstract]:As particulate matter affects the global climate system, the interest in particulate matter is increasing exponentially, and the study of particulate matter capture has become a major issue in the study of meteorological and air pollution. In addition, particles have adverse effects on health, such as respiratory disease and cardiovascular disease and particulate matter. One of the important features of particles is that it is attached to plants and can be removed by plants. Therefore, trees are planted all over the world to prevent wind and sand. In the northern cities of China, the leaves of evergreen plants can be effectively adsorbed on dust. The spatial distribution of tree branches is simpler than that in the canopy of the ecosystem. The size of a large number of leaves still provides enough leaves to adsorb aerosol particles. Therefore, it is necessary to understand the deposition of particles in the middle scale between the leaves and the ecosystems, and the wind tunnel test is an effective method to study the deposition of aerosol particles on a branch scale plant. It does not solve all the complexity of the aerosol particles deposition in the ecosystem, but it does magnify the common key process of all aerosol particles through Brown diffusion deposition to provide reference for the treatment of current inhalable particles. Therefore, this paper studies the flow resistance of plants through a wind tunnel test. In order to obtain the flow resistance of plants and the deposition rate of the particles, three kinds of plants (Euonymus japonicus, oak and pine) were used as the research object. The relationship between the leaf area index and the filling density was shown by experimental measurement, and the flow of plants was put forward by test and test. The main research work and research conclusions are as follows: (1) in order to obtain the capture efficiency and flow resistance of tree scale plants, by building a wind tunnel test platform, the capture efficiency of the plant to gas soluble particles in the branch scale is measured in different working conditions, and the capture efficiency is fitted. The correlation between the velocity of air flow, the density of the filling and the particle size of the particles. The correlations were verified with the experimental data of the other groups in the same working conditions. Finally, the comprehensive correlation of the three kinds of plant capture efficiency was put forward. The results showed that the collection efficiency of the plant on the aerosol particles with different particle sizes was with the wind. The capture efficiency of the aerosol particles with different particle sizes increased with the increase of the filling density at different wind speeds, and the capture efficiency of the aerosol particles in different wind speeds decreased first with the increase of particle size, followed by the further particle size. The maximum penetration of aerosol particles in three species of tree scale plants is 1 m. When the particle size is less than 1 mu m, the main trap mechanism of the plants is diffusion. When the particle size is more than 1 mu m, the main trap mechanism is intercepting and collision. The relationship between the resistance coefficient and the leaf area index is verified by the test data. Finally, the formula of three plant resistance coefficients is given. (2) in order to obtain the deposition rate of the particles on the tree scale plant, the total branches and leaves of the given leaf area index are converted to the capture efficiency values under different wind speeds. The velocity of deposition was calculated and the experimental value of deposition rate was calculated. The correlation between the deposition rate of aerosol particles on three kinds of branch scale plants and particle size, wind speed and leaf area index was proposed. The theory of deposition rate of particles on the surface of the particles was calculated according to the trap theory of homogeneous fiber trapping. By contrast, it is found that the experimental results are in agreement with the theoretical calculation. The experimental values and theoretical values of the deposition rate Vd are the same as the particle size of particles, and they all decrease first and then increase with the increase of particle size of aerosol particles. (3) in order to obtain the collection efficiency of the particles for the particles, a typical irrigation system is established. The wood model, under the wind tunnel test under different working conditions, calculated the capture efficiency of the shrub model to aerosol particles, put forward the correlation between the capture efficiency and the influence parameters, and verified it with the non sample data. At the same time, the numerical simulation was carried out by the DPM model in CFD. The simulation results showed that the capture efficiency was effective. There is a certain error between the simulated value and the test value. The cause of the error is that the gap between the geometric mesh size of the collectives and the particle size is too large. How to reduce the error between the simulated value and the test value needs to be further studied.
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：X513;X173

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本文編號(hào)：1904106