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室内燃烧源细微颗粒物的传输机理研究

孙在  
【摘要】: 室内空气污染成为当今环境研究领域关注的焦点问题,不仅仅是因为人们在室内面临有害物质的更大的暴露危险,还因为室内污染有其自身的传输规律和特征。本文设计并建立了模拟实验平台,运用高性能颗粒物测试分析仪,对以蜡烛和香烟为代表的室内燃烧源产生的不同模态的细微颗粒浓度的动态变化现象进行了研究。研究目的在于通过基础性的探索,揭示这类颗粒物的传输规律,寻求有效除尘方式以改善室内空气质量。 本文首先建立了缩小尺度的模拟室,目的是在量化、可控参数条件下,测量室内颗粒物的浓度、粒径分布特征及其时间序列,为分析室内环境下颗粒物的传输机理提供有效数据。实验发现,室内颗粒物的演变是一个动态过程,其粒径谱和浓度是不断变化的。在烟雾释放进入模拟室后,各粒径段内的蜡烛和香烟颗粒物的数量都随时间的推移而持续地降低。同时,颗粒物的直径有增大的趋势。它们的总数量浓度和质量都呈现近似于指数规律地衰减,香烟颗粒物的衰减率比蜡烛颗粒物小得多。室内颗粒物衰减呈现的V型曲线表明,100nm~1000nm范围内的亚微米颗粒物应当是除尘关注的重点对象,因为这些颗粒物容易由纳米级颗粒物形成,却很难沉积。 以实验数据为基础,结合气溶胶动力学理论,建立了一个带高精度粒径分辨率的室内颗粒物动力学模型。模型中包括了凝并、沉积和通风稀释机理,模型巧妙引入了代表室内特征的几个参量,如面容比、室内雷诺数和空气换气率。本文采用了三组不同粒径分布和初始浓度的实验来对模型进行验证。结果表明,此模型预测的颗粒物的粒径谱演变、数量浓度衰减和数量中位径变化结果与实验数据吻合良好。作者利用模型的模拟功能深入探讨了凝并与沉积对室内颗粒物传输的具体影响。结果发现,对于高浓度的颗粒物,凝并的影响是最大的,特别是对于100nm以内的超细微粒。相对凝并来说,当颗粒物的数量浓度比较高时,表面沉积效应的影响并不大,但当数量浓度比较低时,忽略表面沉积效应会导致预测的结果偏高。当面容比和雷诺数增大时,颗粒物的沉积加大。结合模型模拟和气溶胶动力学计算,本文还对气溶胶颗粒物在室内的传输过程中的各种因素进行了综合分析,从而解释了前面测试中出现的不同颗粒物衰减率的本质原因,以及V型衰减曲线的形成机制。 本文进一步利用计算流体力学技术对相邻室内之间的通风流动和颗粒物的


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