室内微小颗粒物在竖直褶皱表面沉积特性的数值模拟

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颗粒物沉积可以有效降低室内颗粒物的浓度及其带来的健康危害。在现代家居环境中,室内类似纺织品(窗帘、衣服等)形成的褶皱表面在房间内表面中占有较大的比重,是室内颗粒物发生大概率沉积的重要表面。鉴于褶皱的存在会增加颗粒物沉积的复杂性,研究皱褶表面颗粒物的沉积特性对丰富颗粒物沉积的相关控制策略以及开发制备功能性纺织品具有重要意义。因此,本文基于CFD-DPM的模拟方法研究了褶皱表面几何参数对室内微小颗粒物的运动分布及其沉积特性的影响规律。主要研究内容如下:(1)建立三维物理模型和选择CFD-DPM数学模型,并验证模型的正确性。对含有不同褶皱表面的流场进行稳态模拟,结果表明,褶皱的存在增加了流场的紊流度;褶皱波谷处旋涡尺度大小随褶皱波幅的增加而增加,而随褶皱个数的增加先增加后减少;旋涡的分布位置均随褶皱个数和波幅的增加逐渐向褶皱波峰处移动。(2)基于DPM模型非稳态追踪的计算方式,对颗粒物在不同褶皱表面影响下的运动分布特性进行了模拟。研究发现,颗粒物会富集在褶皱迎风坡面位置,随后部分颗粒物随气流沿坡面向波峰运动,部分颗粒物受旋涡影响沿坡面向下运动,而且随着褶皱个数和波幅的增加富集点位置向波峰靠近,相应的形成的高浓度分布带距离波谷越远;褶皱个数和波幅的增加均会导致颗粒物的扩散效应增强,在运动过程中的弥散程度增加,且颗粒粒径越小影响越显著。(3)基于DPM模型稳态追踪的计算方式,计算并统计了不同褶皱表面上颗粒物的沉积数量。结果表明,同一风速下,褶皱表面上相同粒径颗粒物的沉积量均大于无褶皱平面上的沉积量;同一褶皱表面上颗粒物的沉积数量均随粒径的增加而减少;不同粒径的颗粒物在褶皱表面上的沉积数量均随褶皱个数的增加呈先增加后减少的变化趋势,且颗粒粒径与室内风速均显著影响最大沉积量及其对应的褶皱个数;不同粒径颗粒物的沉积量与波幅大小成正相关。(4)相对于单一的面积扩展,褶皱表面几何参数(波长、波幅)变化对颗粒物沉积特性的影响更为显著;当扩展面积相同时,相较于波幅,褶皱个数(波长)对颗粒物沉积特性的影响更为显著。
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