大气颗粒物再悬浮采样器研究报告.PDFVIP

大气颗粒物再悬浮采样器研究报告 1.研究方法选择 针对颗粒物沉积的研究方法目前主要有风洞试验、网络法及数值 计算CFD 方法。 风洞试验是通过制作实际采样器的缩尺模型在大气边界层风洞 中进行，通过必要的手段产生类似于采样器内的风场，然后通过布置 在模型表面及其周围的试验仪器测量风速、风压等相关数据，当前研 究内容已经涵盖了采样器在不同风速下的沉积效果。但是风洞试验也 存在着诸如模型制作费时费力，试验周期较长，难以同时研究不同的 采样器方案等缺点，而且缩小尺寸的试验模型并不总是能反映全比例 结构的各方面特征。另外，在测点布置、同步测压等一系列问题上也 有很多不足有待解决。 网络法是从宏观角度对自然通风进行分析，主要用于采样器设计 初期的风量预测。它利用质量、能量守恒等方程计算风压和沉积量。 但由于网络法不考虑房间采样器的空气流动形态对沉积的影响，所以 无法给出采样器内部的空气详细流动情况分析。 CFD 模拟是从微观角度，针对采样器，利用质量、能量及动量守 恒等基本方程对流场模型进行求解，分析其空气流动状况。采用CFD 对沉积效果模拟，主要用于沉积效果模拟及流场优化，进而对采样器 的结构尺寸进行优化设计，通过CFD 提供的直观详细的信息，便于 设计者对采样器进行通风策略调整，使之更有效的进行采样。于此同 时，CFD 是现有技术中唯一能够模拟采样器内部颗粒分布浓度场的 手段。其他方法均不能进行此类研究。 所以综上所述，本项目采用CFD 数值模拟进行。 2.研究软件选择及控制方程 CFD 计算流体力学 （ ）作为一种有效的计算分析工具，具备速度 快、成本低、资料完备且能够模拟真实条件等优点，广泛应用到流体 流场的预测与分析。本报告利用FULENT 6.3 作为数值模拟的计算 FULENT 6.3 工具， 系列的 版本作为专业的颗粒沉积分析软件，可以 精确地研究流体的流动、传热和污染等物理现象，准确地模拟采样器 内的空气流动、空气品质、传热等问题，从而为减少设计成本，降 低设计风险，缩短设计周期贡献力量。FULENT 6.3 软件能实现快 速的建模、网格自动划分功能，具备强大的求解功能，拥有显示浓度 场、温度场、湿度场、速度场、空气龄场、PMV 场、PPD 场等数 据的数值报告。 根据对采样器内风环境流场湍流特性的初步分析，建立描述其气 流运动特性的方程为基于Boussinesq 假设基础上的Reynolds 时均的 包括连续性方程、动量方程、能量方程、状态方程的控制方程组。为 使方程的封闭，湍流模型采用标准的  双方程模型。其控制方程组 如下： ()  div(U) div( grad) S （1-1） t     S U 式中： 为密度； 为广义扩散系数； 为广义源项； 为速度  u v w 矢量； 为通用因变量，代表 （速度 ，运动粘性系数 ，湍流粘度 ，  k  l 温度 ，湍流动能 ，湍流动能耗散率 ，特征尺寸 ）。其控制方程t 展开为表1： 1 表 控制方程展开式 名称 变  S 量 连续性 1 0 0 方程 u x 速度 eff  t P   u   v