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湿度对室内颗粒物分布的影响

作　者: 崔术祥
导　师: 李灿
学　校: 湖南工业大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 相对湿度 颗粒物 实验研究 CFD方法
分类号: X513
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


颗粒物作为室内空气中的主要污染物之一，其在室内的分布情况对室内空气品质至关重要。虽然目前国内外对室内颗粒物分布进行了大量研究，但湿度对室内颗粒物分布的影响仍不明确，本文主要通过完成以下几方面工作对其进行了初步研究：（1）简单介绍了室内颗粒物来源、粒径范围、浓度影响因素和对人体健康的危害后，又从理论研究、数值模拟和实验研究三方面阐述了室内颗粒物运动分布的国内外研究现状，总结出目前对室内颗粒物分布的研究均未考虑相对湿度的影响。（2）分析了单个颗粒在流场中受到的作用力，给出了颗粒输运方程、输运通量。计算了颗粒间的气体动力学碰撞及碰撞后导致凝并的相关作用力，得出相对湿度较大时，液桥力是颗粒物间凝并的主导作用力。（3）实验研究方面，为了排除温度变化对实验结果的影响和对比分析不同湿度条件下室内颗粒物分布的不同，在实验房间内建立了恒温恒湿控制系统，并通过调湿设置了几种相对湿度不同的工况。利用扫描电镜微观观察了颗粒源释放的颗粒、本底浓度及不同湿度条件下室内颗粒物的微观形态，发现只有相对湿度为65%以上的两种工况下，颗粒物之间才发生明显的凝并现象，不同粒径不同形态的小颗粒凝并生成不同粒径不同形态的大颗粒，且相对湿度越大，凝并现象越显著。利用粉尘检测仪、光学颗粒物粒径谱仪测试分析了不同工况下室内颗粒物的质量浓度、数密度和粒径分布，发现与其他工况相比相对湿度为80%时，室内颗粒物的质量浓度的衰减速度最小、0.3~2μm粒径范围内的颗粒物数密度衰减速度最小、0.3~1.5μm粒径范围内的颗粒物占总颗粒物百分比变化幅度也最小。最后对相对湿度为80%时，颗粒物质量浓度、数密度和粒径分布随时间变化曲线发生跳跃时的临界相对湿度值进行了研究。每种工况下的各项实验均进行了实验一和重复实验两次实验，结果表明实验的可重复性较好。（4）通过CFD方法，利用fluent模拟了工况1（RH=35%）下室内颗粒物的运动分布，对比实验数据说明了数值模拟的正确性，分析了室内流场和颗粒物质量浓度分布及其随时间变化情况。总的来说，相对湿度增大会改变颗粒物碰撞凝并的主要作用力，增强凝并效果，使得更多的小颗粒凝并生成大颗粒，改变室内颗粒物的质量浓度、数密度和粒径分布，进而对室内颗粒物的分布造成影响。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章 绪论  11-21
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 室内颗粒物的来源及粒径范围  12-13
  1.3 室内颗粒物浓度的影响因素  13-14
  1.4 室内颗粒物对人体健康的影响  14-15
  1.5 室内颗粒物分布的研究现状  15-19
  1.6 本文的研究目的和意义  19-21
    1.6.1 研究目的  19
    1.6.2 研究意义  19-21
第二章 室内颗粒物的运动模型建立  21-30
  2.1 流场中单个颗粒受力方程  21-24
    2.1.1 受力方程概述  21-22
    2.1.2 颗粒所受其他作用力的含义及有效性  22-24
  2.2 颗粒物输运模型  24-27
    2.2.1 颗粒输运方程  24-25
    2.2.2 颗粒输运通量  25-27
  2.3 颗粒物碰撞及凝并的力学分析  27-30
    2.3.1 颗粒间的气体动力学碰撞  27-28
    2.3.2 影响颗粒碰撞后凝并的相关作用力  28-30
第三章 湿度对室内颗粒物分布影响的实验研究  30-72
  3.1 实验目的  30
  3.2 实验情况概述  30-38
    3.2.1 实验场地  30-31
    3.2.2 温湿度控制方案  31
    3.2.3 实验用主要仪器及工作原理  31-35
    3.2.4 颗粒源释放的颗粒的相关特性  35-36
    3.2.5 测点及颗粒物散发源布置  36-38
    3.2.6 实验步骤  38
  3.3 不同湿度条件下温湿度控制效果  38-41
  3.4 电镜采样结果  41-47
    3.4.1 颗粒源释放的颗粒微观观察结果  41-42
    3.4.2 工况 0（本底浓度）时颗粒物微观观察结果  42-43
    3.4.3 工况 1（RH=35%）时颗粒物微观观察结果  43
    3.4.4 工况 2（RH=50%）时颗粒物微观观察结果  43-44
    3.4.5 工况 3（RH=65%）时颗粒物微观观察结果  44-45
    3.4.6 工况 4（RH=80%）时颗粒物微观观察结果  45-47
  3.5 相对湿度对室内颗粒物分布的影响  47-70
    3.5.1 相对湿度对颗粒物质量浓度衰减速度的影响  47-51
    3.5.2 湿度对不同粒径范围颗粒数密度衰减速度的影响  51-59
    3.5.3 湿度对颗粒物粒径分布的影响  59-65
    3.5.4 颗粒物各项参数波动曲线与相对湿度对比  65-70
  3.6 本章小结  70-72
第四章 室内颗粒物分布的数值模拟  72-94
  4.1 连续相模拟相关知识  72-76
    4.1.1 湍流研究方法  72-73
    4.1.2 湍流计算模型  73-75
    4.1.3 控制方程的离散  75-76
  4.2 离散相模拟相关知识  76-79
    4.2.1 离散相模型求解过程  76
    4.2.2 颗粒轨道方程的积分  76-77
    4.2.3 颗粒轨道模型中颗粒的湍流扩散  77
    4.2.4 离散相边界条件  77-79
  4.3 模型建立及相关设置  79-81
    4.3.1 模型建立及网格划分  79-80
    4.3.2 边界条件的设置  80-81
    4.3.3 DPM 模型中颗粒源设置  81
  4.4 连续相模拟结果分析  81-87
    4.4.1 实验测点处流场分析  81-84
    4.4.2 送风口流场分析  84-87
  4.5 离散相模拟结果  87-93
    4.5.1 模拟值与工况 1（RH=35%）下实验值对比  87-88
    4.5.2 工况 1（RH=35%）下室内颗粒物浓度分布情况  88-93
  4.6 本章小结  93-94
第五章 结论与展望  94-96
  5.1 结论  94-95
  5.2 展望  95-96
参考文献  96-99
攻读学位期间主要成果  99-100
致谢  100

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 环境污染及其防治 > 大气污染及其防治 > 粒状污染物
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