室内悬浮颗粒物是影响室内空气品质的重要因素,其对室内环境的影响主要表现在两个方面:一是对室内人体健康的影响;二是对某些有洁净度要求的工业生产过程的影响。因此获取室内环境中悬浮颗粒物的分布信息及传播规律对于室内环境的控制至关重要,而建立相应的预测模型则是获取上述信息的直接有效手段。开发能获取实时乃至超实时信息的快速预测模型,则是目前室内环境领域的一个研究重点。本文的主要研究内容是基于马尔科夫链的有限空间内颗粒物传输及分布的预测,全文分为五个章节,各章主要内容如下所述:第1章主要总结了在室内污染物预测领域,目前国内外主要的研究方法和研究现状。分析结果显示:多节点模型形式简单且计算速度快,但提供的污染物浓度信息匮乏。CFD方法能提供详细的污染物浓度信息,但往往计算量大。区域模型和马尔科夫链模型的计算效率和计算精度介于上述多节点模型和CFD模型之间,但是仅能预测空气对流及扩散引起的颗粒污染物传播和分布,而不能预测沉积、再悬浮和渗透等颗粒物的复杂行为过程。基于上述各类颗粒污染物预测模型的不足,本文尝试提出一系列基于马尔科夫链的室内颗粒传播和分布的快速预测模型,从而构建一种不同于传统预测模型的计算体系。第2章主要通过构造特殊的流场数据存储矩阵,基于马尔科夫链建立了结合CFD方法的污染物传输及分布预测模型。该模型能在室内稳定流场条件下对恒定或瞬时释放的污染物大致分布情况提供一种快速有效的预测方法。同时将上述模型运用到多区域计算域,并开发了一种网格合并技术,在不需要详细污染物分布信息的区域合并网格,进一步提升模型的计算效率。并研究了时间步长、网格合并率对模型精度的影响;对比了基于马尔科夫链的污染物预测模型和传统的欧拉、拉格朗日模型在计算效率和精度上的差异。将网格合并技术应用到多区域马尔科夫链模型,使得该模型在功能上可在CFD模型和多节点模型之间切换。由于室内热环境复杂且悬浮颗粒物的粒径分布广泛,对于大粒径的室内悬浮颗粒物,其在室内的传播过程中会在特定条件下发生沉积,因此第3章的主要内容是建立基于马尔科夫链的颗粒沉积预测模型,该模型的构建是通过在计算域的边界网格外添加一定数量的补充网格,并计算边界网格和补充网格之间因重力、热泳作用而导致的颗粒迁移概率,上述补充网格还可用于接收沉积的颗粒物。该模型能预测颗粒因重力导致的沉积过程、以及颗粒物在非等温环境中因热泳作用导致的迁移沉积过程。最后利用颗粒的无量纲沉积速度、沉积(捕集)效率、逃逸率等参数分析了预测结果,并研究了温度梯度及颗粒粒径对模型精度的影响。沉积在室内表面的颗粒物在一定条件下会发生再悬浮,导致颗粒发生再悬浮的激扰机制包括气流激扰和机械激扰。第4章的主要研究内容是预测沉积颗粒因气流激扰发生再悬浮的过程。首先提出了基于马尔科夫链的颗粒再悬浮预测模型,该模型结合湍流猝发理论提出了一种边界补充网格和边界网格之间的颗粒迁移概率计算方法,从而扩展并修正原有马尔科夫链模型的状态转移矩阵。并进一步研究了单个湍流猝发中沉积颗粒物发生再悬浮的概率、颗粒粒径以及气流入口速度对模型精度的影响。为了将马尔科夫链模型的应用范围从稳态扩展到非稳态,第5章建立了基于马尔科夫链的动态预测模型。该模型包括在动态污染源强度、动态污染源位置和动态气流组织条件下的预测模型。动态污染源强度条件下预测模型的基本原理是根据污染源的释放强度函数在单个时间步长内修改状态向量;动态污染源位置条件下预测模型的基本原理是根据污染源的移动路径函数在单个时间步长内修改状态向量;动态气流组织在本文中是指有限个不同的气流组织模式按照一定的顺序切换的过程,动态气流组织条件下的预测模型的基本原理在状态转移过程中,按照气流组织模式切换的时间顺序,依次叠加使用上述不同的气流组织模式对应的各状态转移矩阵。经实验数据验证,基于马尔科夫链的动态预测模型能有效预测动态污染源、动态气流组织条件下污染物的传输和分布。最后分析了监测点和污染源之间距离、气流组织模式以及污染源的运动轨迹对模型预测结果的影响。本文研究的基于马尔科夫链的室内颗粒传输及分布预测模型包含了颗粒随气流(被动)传输预测模型、颗粒沉积预测模型、沉积颗粒再悬浮预测模型以及动态预测模型。本文提出的一系列模型在计算精度和计算效率上分别结合了CFD方法和多节点方法的优势,因此该模型也为室内环境中颗粒传输和分布的实时甚至超实时预测提供了一种全新方法。