338-管壁表面结构对通风管内颗粒沉降研究.pdfVIP

管壁表面结构对通风管内颗粒沉降研究1 王飞飞 魏苗苗 徐新华 王劲柏 华中科技大学，环境科学与工程学院，湖北，武汉 摘要：本文采用拉格朗日随机轨道模型研究了五种不同表面结构的通风管内颗粒沉降规 律。结果表明，采用的模型能准确预测通风管内气流流动和颗粒物沉降特性。管壁上增加肋 板有利于提高颗粒物的沉积速度。在湍流扩散区、涡扩散碰撞区，增设肋板通风管内颗粒沉 积相比于光滑管约能增强2-4 个数量级，而在惯性力区，由于颗粒粒径较大，增幅较弱。因 此，增设肋板的通风管对强化管内小粒径的颗粒物的沉积更有利。此外，对于小粒径颗粒物， 相比于增设肋板为前后三角形、后梯形和正方形，当为前梯形肋板时颗粒物沉降速度强化倍 率最大。这是因为增设前梯形肋板后通风管内产生的湍流涡和近壁面区湍动能最大。 关键词：数值模拟 通风管 颗粒物 沉降特性 Abstract: This paper numerically studied particle deposition in ducts with five different structures of ribs on wall surface. Results show that, the models can accurately predict the feature of flow field and particle deposition. If compared with smooth duct, particle deposition velocities (Vd) increase greatly in ducts with the ribs. More specifically, for τ+ 1, Vd increase by about 2~4 orders of magnitude in cases with the ribs; for τ+ 1, Vd grows relatively slower. In general, addition of the ribs are contributive for particle deposition, so it provides an efficient approach to remove particles, especially them with small size, e.g., PM2.5. Moreover, for small particles, the enhancement of Vd is the most pronounced when the front trapezoidal rib is used, followed by the front triangular rib, back triangular rib, back trapezoidal rib and square rib. The reason behind is the turbulent vortex and the turbulent kinetic energy near the wall is the biggest in the duct with the front trapezoidal rib. Key words: numerical simulation; ventilation duct; particle deposition; deposition velocity 1 引言 随着生活水平的提高，人们对室内空气品质的要求日趋严格。室内环境中的微细颗粒物 （particle matter ，PM ）是威胁人类身体健康的重要因素之一[1] 。颗粒物现已成为国内外学 者和研究机构重点关注的对象，如何降低颗粒物污染是当前的研究热点。通风空调系统是室 内外环境的主要连接通道，而通风管内空气常会携带大量的微细颗粒物，直接污染室内空气。 因此，通风管内颗粒物的运动特性是值得研究的。 颗粒随空气经过通风管时，会受到各种力的作用而在管壁上发生沉降。目前，国内外学 者采用实验或数值模拟手段对通风管内的颗粒沉积已开展了一些研究。在实验方面，学者们 1 王飞飞，男，1987.05，博士，副教授，湖北省武汉市洪山区珞瑜东路1037 号华中科技大学东校区东十 五楼，430074ffwang@hust.edu.cn。本文受国家自然科学基金项目、中央高 校基本业务费（HUST2015069，2016YXMS2