室內(nèi)燃燒源細(xì)微顆粒物的傳輸機(jī)理研究.pdf

1、室內(nèi)空氣污染成為當(dāng)今環(huán)境研究領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)問題，不僅僅是因?yàn)槿藗冊谑覂?nèi)面臨有害物質(zhì)的更大的暴露危險，還因?yàn)槭覂?nèi)污染有其自身的傳輸規(guī)律和特征。本文設(shè)計并建立了模擬實(shí)驗(yàn)平臺，運(yùn)用高性能顆粒物測試分析儀，對以蠟燭和香煙為代表的室內(nèi)燃燒源產(chǎn)生的不同模態(tài)的細(xì)微顆粒濃度的動態(tài)變化現(xiàn)象進(jìn)行了研究。研究目的在于通過基礎(chǔ)性的探索，揭示這類顆粒物的傳輸規(guī)律，尋求有效除塵方式以改善室內(nèi)空氣質(zhì)量。 本文首先建立了縮小尺度的模擬室，目的是在量化、可控參

2、數(shù)條件下，測量室內(nèi)顆粒物的濃度、粒徑分布特征及其時間序列，為分析室內(nèi)環(huán)境下顆粒物的傳輸機(jī)理提供有效數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，室內(nèi)顆粒物的演變是一個動態(tài)過程，其粒徑譜和濃度是不斷變化的。在煙霧釋放進(jìn)入模擬室后，各粒徑段內(nèi)的蠟燭和香煙顆粒物的數(shù)量都隨時間的推移而持續(xù)地降低。同時，顆粒物的直徑有增大的趨勢。它們的總數(shù)量濃度和質(zhì)量都呈現(xiàn)近似于指數(shù)規(guī)律地衰減，香煙顆粒物的衰減率比蠟燭顆粒物小得多。室內(nèi)顆粒物衰減呈現(xiàn)的V型曲線表明，100nm～1000nm范

3、圍內(nèi)的亞微米顆粒物應(yīng)當(dāng)是除塵關(guān)注的重點(diǎn)對象，因?yàn)檫@些顆粒物容易由納米級顆粒物形成，卻很難沉積。 以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合氣溶膠動力學(xué)理論，建立了一個帶高精度粒徑分辨率的室內(nèi)顆粒物動力學(xué)模型。模型中包括了凝并、沉積和通風(fēng)稀釋機(jī)理，模型巧妙引入了代表室內(nèi)特征的幾個參量，如面容比、室內(nèi)雷諾數(shù)和空氣換氣率。本文采用了三組不同粒徑分布和初始濃度的實(shí)驗(yàn)來對模型進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明，此模型預(yù)測的顆粒物的粒徑譜演變、數(shù)量濃度衰減和數(shù)量中位徑變化結(jié)

4、果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合良好。作者利用模型的模擬功能深入探討了凝并與沉積對室內(nèi)顆粒物傳輸?shù)木唧w影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對于高濃度的顆粒物，凝并的影響是最大的，特別是對于100nm以內(nèi)的超細(xì)微粒。相對凝并來說，當(dāng)顆粒物的數(shù)量濃度比較高時，表面沉積效應(yīng)的影響并不大，但當(dāng)數(shù)量濃度比較低時，忽略表面沉積效應(yīng)會導(dǎo)致預(yù)測的結(jié)果偏高。當(dāng)面容比和雷諾數(shù)增大時，顆粒物的沉積加大。結(jié)合模型模擬和氣溶膠動力學(xué)計算，本文還對氣溶膠顆粒物在室內(nèi)的傳輸過程中的各種因素進(jìn)行了綜合分

5、析，從而解釋了前面測試中出現(xiàn)的不同顆粒物衰減率的本質(zhì)原因，以及V型衰減曲線的形成機(jī)制。 本文進(jìn)一步利用計算流體力學(xué)技術(shù)對相鄰室內(nèi)之間的通風(fēng)流動和顆粒物的擴(kuò)散傳輸進(jìn)行了模擬研究。模擬分為穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)兩種情況。通過穩(wěn)態(tài)模擬分析了兩個相鄰房間的氣流和濃度分布狀況。研究表明，污染物稀釋率與平均濃度有著反比的關(guān)系。隨著空氣換氣率的增加，稀釋率也同樣增大。對于兩個相鄰的室內(nèi)空間，有源的模擬室內(nèi)的稀釋效率最高，這是由于通風(fēng)將污染源排放的顆粒