基于CFD流体模拟的新型污染物在室内的传播特性分析.pdf
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1、Modeling and Simulation 建模与仿真建模与仿真,2023,12(4),3491-3497 Published Online July 2023 in Hans.https:/www.hanspub.org/journal/mos https:/doi.org/10.12677/mos.2023.124320 文章引用文章引用:张雁南,李丁,程祥,潘政.基于CFD流体模拟的新型污染物在室内的传播特性分析J.建模与仿真,2023,12(4):3491-3497.DOI:10.12677/mos.2023.124320 基于基于CFD流体模拟的新型污染物在室内的传播流体模拟的新
2、型污染物在室内的传播特性分析特性分析 张雁南,李张雁南,李 丁,程丁,程 祥,潘祥,潘 政政 江苏大学能源与动力学院,江苏 镇江 收稿日期:2023年4月23日;录用日期:2023年7月4日;发布日期:2023年7月12日 摘摘 要要 本文针对新型污染源的非稳态传播特征,提出了新型污染源可及性的概念。在此基础上,尝试构建动态本文针对新型污染源的非稳态传播特征,提出了新型污染源可及性的概念。在此基础上,尝试构建动态和稳态室内新型污染物平均浓度关系式,并将通过计算流体动力学方法进行验证,并进一步探讨影响污和稳态室内新型污染物平均浓度关系式,并将通过计算流体动力学方法进行验证,并进一步探讨影响污染源
3、传播的主要因素。染源传播的主要因素。关键词关键词 新型污染物,室内,传播特性,新型污染物,室内,传播特性,CFD流体模拟流体模拟 Analysis of Indoor Propagation Characteristics of New Pollutants Based on CFD Fluid Simulation Yannan Zhang,Ding Li,Xiang Cheng,Zheng Pan School of Energy and Power Engineering,Jiangsu University,Zhenjiang Jiangsu Received:Apr.23rd,202
4、3;accepted:Jul.4th,2023;published:Jul.12th,2023 Abstract In view of the non-steady propagation characteristic of new pollution sources,the concept of ac-cessibility of new pollution sources was put forward in this paper.On this basis,we try to build a dynamic and steady relationship between the aver
5、age concentration of new indoor pollutants,which will be verified by the computational fluid dynamics method,and further discuss the main factors affecting the spread of pollution sources.张雁南 等 DOI:10.12677/mos.2023.124320 3492 建模与仿真 Keywords New Pollutants,Indoor,Propagation Characteristics,CFD Flu
6、id Simulation Copyright 2023 by author(s)and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License(CC BY 4.0).http:/creativecommons.org/licenses/by/4.0/1.引言引言 21 世纪以来,能源危机显现了建筑节能的紧迫性,但随之而来的室内空间紧密,空气交换不顺畅,新风量下降等状况导致室内空气品质问题愈发严重。尤其是装修材料中的室内污染物,威胁着居民和动植物
7、的生命安全,干扰舒适的居住环境。以下是典型的空气污染示例:1)室外 PM2.5 的渗入。在雾霾天,即使门窗紧闭,细小的 PM2.5 颗粒还是可以通过门窗以及建筑缝隙大量渗入室内。测试结果显示,在人数众多的教室内 PM2.5 的浓度略低于户外约 10%20%,学生充当了“净化器”,学生针对 PM2.5 的预防手段几乎为零;而 PM2.5 对人体呼吸系统有很大损害,易引发哮喘、支气管炎、过敏等方面的疾病1。2)偏高的 CO2浓度。在雾霾天、冬季和夏季,门窗通常会关闭,室内 CO2浓度长升高;长时间不通风换气时,CO2浓度将高达 20003000 ppm。较高的 CO2浓度使居民产生胸闷头晕、注意力
8、分散、嗜睡、等症状。3)传染性病菌传播。倘若室内人员密集,往往湿度偏高,病菌极易滋生和传播,如流行性腮腺炎、水痘、流行性感冒、细菌性痢疾等。4)室内装修污染。通常情况下,室内装修多与空气调节装置相配套。所以气流和室内温、湿度调节对污染物的扩散影响非常重要2。在新型污染物产生方面,除了室内人员由气溶胶飞沫产生的病菌、CO2,建筑相关的各种材料散发的 VOC(挥发性的有机物)等有害物也同样是室内空气品质(IAQ)研究的重点3。在近年来的新冠疫情事件中,已造成了很多世界人口的死亡。事件背后忽视了短时间内的新型污染物动态扩散的特性,由此带来了较严重的后果4。为了实现环境参数的快速和准确控制,这方面的研
9、究需要给予重视5。在不同的空间分布情况下,单纯对个性化送风方式属性的固有认识有可能和人们“享用”的实际环境质量和污染物扩散存在不同6 7。长期以来,在混合通风的统一假设下,室内污染源位置等因素的重要性往往被忽略,但计算流体动力学(CFD)引入的详细室内气流建模技术的出现,使得对污染源的仔细考虑成为可能8。为了对送风系统进行合理评价和对室内环境进行高效控制,需要通过对送风和污染源在房间内扩散属性的认识,从定性和定量的角度明确各因素对室内空气品质(主要是污染物浓度)的影响,建立计算室内污染物浓度等环境参数的简便方法9。建立一个新的送风有效性和室内空气品质的评价方式,以更全面地反映室内环境的实际效能
10、。2.研究技术路线设计研究技术路线设计 本文将研究室内污染物扩散的数值作为主要研究对象,并且相较于之前的研究,将更加注重送风浓度、新型污染源强度等变量对研究结果的综合影响。本文的研究思路是建立一个如下图 1 所示的简单空气处理系统(AHS),其中 Qs和 Qr为送风率和回风率,及系统室外进出风口 Qoa和 Qinf渗透。这些变量为 AHS 模型确定了因此而产生的区域空气平衡。当进、回气流不平衡时,该区域将产生负压或正压,并结合当地排气 Qlx,则可以确定入渗速率 Qinf。表示时间的速率粒子在区域表面质量的变化等于粒子沉积在表面上的速率。之后再利用 CFD 来模拟室内的平Open Access
11、Open Access张雁南 等 DOI:10.12677/mos.2023.124320 3493 建模与仿真 均浓度;而模拟得到的平均浓度则在计算 ASA 的基础上获得。Figure 1.Simple air handling system(AHS)图图 1.简单空气处理系统(AHS)通过提出新型污染物扩散关系式,可以使得在送风浓度、新型污染源强度等变量发生变化后,可用代数关系取代传统的 CFD 计算来获得室内浓度场,对于评价空气品质具有更便捷的特点,从而更好地满足人们对生活的舒适度和卫生健康的要求,同时也有助于劳动生产率的提高。3.理论基础理论基础 3.1.送风有效性描述送风有效性描述
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