近年來人們高達80%的時間是在室內(nèi)度過,因而室內(nèi)空氣品質(zhì)受到廣泛關(guān)注。超細顆粒作為影響室內(nèi)空氣品質(zhì)的主要因素之一,對人體健康具有嚴重影響,因此研究室內(nèi)超細顆粒的分布規(guī)律具有重要意義。本課題旨在以數(shù)值模擬與實驗研究相結(jié)合的方式探究室內(nèi)溫度、送風(fēng)速度、顆粒源高度等變量參數(shù)對室內(nèi)超細顆粒濃度分布的影響。本課題數(shù)值模擬采用FLUENT計算流體力學(xué)軟件,計算不同工況下室內(nèi)超細顆粒的濃度分布規(guī)律。結(jié)合課題研究內(nèi)容,采用空氣顆粒物控制技術(shù)綜合實驗臺開展實驗研究。在本課題所設(shè)定工況下,得出以下結(jié)論:(1)數(shù)值模擬結(jié)果顯示:超細顆粒從顆粒源發(fā)出之后,以顆粒源為中心,向所在三維空間擴散。Y方向0m-0.75m和0.75m-1.5m范圍內(nèi)的單位距離顆粒濃度衰減率相等,Z方向0m至顆粒源高度和顆粒源高度至2m范圍內(nèi)的單位距離顆粒濃度衰減率相等,因此顆粒濃度在Y方向和Z方向上均呈對稱分布。(2)數(shù)值模擬結(jié)果顯示:顆粒源高度為1.1m時,超細顆粒主要聚集在距離顆粒源0.5m范圍內(nèi)。顆粒濃度會在2.5m-2.0m范圍內(nèi)發(fā)生驟降。(3)在顆粒源高度、送風(fēng)速度不變,室內(nèi)溫度不同的設(shè)定工況下,由模擬結(jié)果可知:測點1在不同溫度下的最大濃度值為8.37E-05kg/m~3,最小濃度值為8.17E-05kg/m~3,兩者之間的差值為2.04E-06 kg/m~3,且此差值在各測點不同溫度下最大濃度值與最小濃度值的差值中居首位。由此得出溫度在10℃-30℃之間變化時,各測點的超細顆粒濃度變化不大。由實驗結(jié)果可知:各列測點的超細顆粒濃度最大值出現(xiàn)在Z=1.0m或Z=1.2m處。各測點的超細顆粒濃度受溫度影響較小。結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果可知:兩者結(jié)果具有一致性,即10℃-30℃溫度范圍內(nèi),溫度的變化對室內(nèi)超細顆粒濃度分布的影響很小。(4)在顆粒源高度、室內(nèi)溫度不變,送風(fēng)速度不同的設(shè)定工況下,由模擬結(jié)果可知:隨著風(fēng)速的增大,顆粒源延長線上的測點以及靠近回風(fēng)口處的測點的超細顆粒濃度呈上升趨勢,靠近送風(fēng)口出的測點的顆粒濃度呈下降趨勢。測點7在不同風(fēng)速下的最大濃度值為5.97E-06kg/m~3,最小濃度值為6.31E-07 kg/m~3,兩者之間的差值為5.3E-06 kg/m~3,且此差值在各測點不同風(fēng)速下最大濃度值與最小濃度值的差值中居末位。由實驗結(jié)果可知:各列測點的超細顆粒濃度最大值出現(xiàn)在Z=1.0m或Z=1.2m處,且各測點的超細顆粒濃度受風(fēng)速影響較大。結(jié)合模擬結(jié)果與實驗結(jié)果可知:在0.5m/s-2.5m/s送風(fēng)速度范圍內(nèi),送風(fēng)速度的變化對室內(nèi)超細顆粒的濃度分布具有較大影響。隨著風(fēng)速的增大,超細顆粒逐漸向回風(fēng)口處擴散。(5)在室內(nèi)溫度、送風(fēng)速度不變,顆粒源高度不同的設(shè)定工況下,由模擬結(jié)果可知:顆粒源高度為0.5m時,超細顆粒主要集中在0-1.0m高度范圍內(nèi);顆粒源高度為1.1m時,超細顆粒主要集中在0.6-1.6m高度范圍內(nèi);顆粒源高度為1.6m時,超細顆粒主要集中在1.1-2.0m高度范圍內(nèi)。由此可知,在室內(nèi)溫度為20℃,超細顆粒發(fā)射速度為1.6m/s,送風(fēng)速度為1.5m/s時,超細顆粒的主要聚集區(qū)域的高度約為1.0m。由實驗結(jié)果可知:顆粒的主要分布區(qū)域會隨著顆粒源高度的改變,在垂直方向上移動。結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果可知:顆粒源高度對室內(nèi)超細顆粒的分布具有較大影響。改變顆粒源的高度,可以控制室內(nèi)超細顆粒的分布區(qū)域。(6)將實驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進行對比分析,得到的誤差均在可接受范圍之內(nèi)。由此驗證了數(shù)值模擬中采用的數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性,以及數(shù)值模擬結(jié)果的可靠性。
【學(xué)位單位】：天津商業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：X513;TU834.8;TB115
【部分圖文】：

第三章數(shù)值模擬方法13左側(cè)為回風(fēng)側(cè)。圖3-1物理模型Fig.3-1PhysicalModel3.5模擬工況介紹本課題的變量參數(shù)包括了室內(nèi)溫度、送風(fēng)速度、發(fā)射源高度等，通過改變以上變量參數(shù)，研究室內(nèi)超細顆粒在不同工況下的濃度分布狀態(tài)。在本課題研究中，設(shè)定顆粒粒徑為1μm，顆粒發(fā)射速率為1.6m/s，初始濃度為0.03kg/m3，熱源功率為800W。根據(jù)設(shè)定，將本實驗分為23組工況，詳細的內(nèi)容見表3-1。表3-1數(shù)值模擬工況Table3-1Numericalsimulationconditions工況發(fā)射源高度（m）室內(nèi)溫度（℃）送風(fēng)速度（m/s）A11.1101.5A21.1151.5A31.1201.5A41.1251.5A51.1301.5B11.1101B21.1151B31.1201B41.1251

第三章數(shù)值模擬方法15圖3-2Z=1.1m平面模擬點布置圖Fig.3-2GraphofplanesimulationpointatZ=1.1m3.7計算求解3.7.1建模與網(wǎng)格劃分本課題數(shù)值模擬過程中模型的建立采用GAMBIT軟件。在GAMBIT中，利用GEOMETRYCOMMANDBUTTON—VOLUMECOMMANDBUTTON命令建立規(guī)定尺寸的房間模型，采用同樣的方式建立熱源模型與發(fā)射源模型，然后通過VOLUMECOMMANDBUTTON—MOVE/COPY/ALIGNVOLUMES命令，對房間模型、熱源模型、發(fā)射源模型進行移動、旋轉(zhuǎn)等操作，將指定位置設(shè)為坐標(biāo)原點，并使各部件到達設(shè)定位置。然后，通過VOLUMECOMMANDBUTTON—BOOLEANOPERATIONS—Subtract命令，對模型進行布爾減運算，使房間、熱源、發(fā)射源成為一個整體。網(wǎng)格劃分在GAMBIT中進行，并且出于需要，對熱源模型和發(fā)射源模型進行加密處理，采用不同的網(wǎng)格節(jié)點間距，利用MESHCOMMANDBUTTON中的FACECOMMANDBUTTON以及VOLUMECOMMANDBUTTON完成對模型的網(wǎng)格劃分。對體進行網(wǎng)格劃分時采用GAMBIT內(nèi)置的TGrid程序。網(wǎng)格劃分完畢之后，得到的總網(wǎng)格數(shù)為83萬。最后，導(dǎo)出后綴名為.msh的文件。圖3-3為網(wǎng)格劃分圖。

網(wǎng)格劃分示意圖
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 耿世彬,楊家寶;室內(nèi)空氣品質(zhì)及相關(guān)研究[J];建筑熱能通風(fēng)空調(diào);2001年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 田利偉;室內(nèi)環(huán)境顆粒物濃度預(yù)測模型及污染控制策略研究[D];湖南大學(xué);2009年

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 馬駿;室內(nèi)顆粒物分布的對比分析[D];太原理工大學(xué);2019年

2 祝琦琦;不同送風(fēng)方式下室內(nèi)氣流組織及顆粒物分布的模擬實驗研究[D];山東建筑大學(xué);2019年

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7 王慧;細顆粒物在壁紙上沉積特性實驗研究[D];中原工學(xué)院;2018年

8 宋成早;對室內(nèi)超細顆粒物擴散影響因素的數(shù)值模擬研究[D];首都經(jīng)濟貿(mào)易大學(xué);2017年

9 唐佳新;室內(nèi)環(huán)境中人體行走造成顆粒物二次懸浮的實驗及模擬研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2017年

10 李彥龍;封閉和開放空間顆粒及污染物的擴散傳輸特性研究[D];華北電力大學(xué)(北京);2017年

本文編號：2864016