室內(nèi)細(xì)顆粒物沉降熱效應(yīng)的實驗研究.pdf

1、室內(nèi)細(xì)顆粒物來源復(fù)雜，作為一種特殊的污染源正深刻改變著我們的生存環(huán)境。細(xì)顆粒物伴隨人體的呼吸作用進(jìn)入到人體肺部組織，穿透肺泡并直接將表面吸附的強致癌、致畸等有毒有害物質(zhì)通過人體的血液循環(huán)系統(tǒng)到達(dá)機(jī)體的各組織、器官，從而影響到心臟、大腦等重要器官，引起一系列疾病，甚至影響到肺癌發(fā)病率的提升，對人類健康造成了極大的危害；同時細(xì)顆粒物的沉降對文物藝術(shù)收藏、精密儀器制造、生物醫(yī)藥等方面也產(chǎn)生了負(fù)面影響。室內(nèi)細(xì)顆粒物沉降到物體表面的行為取決于顆粒

2、的受力條件，其中熱泳力對細(xì)顆粒物沉降的影響很大，因此研究室內(nèi)細(xì)顆粒物沉降的熱效應(yīng)十分重要。
　　本文針對民用建筑室內(nèi)裝有散熱器或者工業(yè)環(huán)境存在高溫?zé)嵩椿蛘叩蜏乩湓搭愃频那闆r，熱或冷的表面附近存在一定的溫度梯度，會影響顆粒在該熱邊界層內(nèi)的運動特性，進(jìn)而理論分析了水平外掠熱壁面不同壁面溫度下的邊界層厚度，得到了不同壁面溫度下的壁面速度邊界層及熱邊界層厚度隨著水平外掠壁面來流距壁前端不同距離x的變化曲線，熱壁面附近形成較大的溫度梯度與速

3、度梯度，形成的速度邊界層的最大厚度可達(dá)2.85cm，熱邊界層的最大厚度可達(dá)3.14cm，并利用數(shù)值模擬進(jìn)行了驗證，從而為垂直熱壁面在熱邊界層厚度范圍內(nèi)衛(wèi)生香顆粒濃度及粒徑分布的測試提供了理論依據(jù)；不同距壁前端距離x、不同壁面溫度，不同顆粒粒徑條件下的熱泳力、重力、Saffman升力及曳力強度對比，在所研究粒徑范圍內(nèi)，顆粒受到的曳力占據(jù)著主導(dǎo)地位，其次為熱泳力和重力，而Saffman升力對細(xì)顆粒的運動的影響相對較小。本文著重對室內(nèi)細(xì)顆粒物

4、沉降熱效應(yīng)和溫度梯度場內(nèi)細(xì)顆粒物的分布進(jìn)行了實驗研究。實驗研究的主要工作如下：
　　首先，為了營造壁面附近存在一定的溫度梯度，在室內(nèi)環(huán)境中放置了尺寸為30cm×20cm的溫度能在0~350℃內(nèi)變化的水平熱壁面，以及一臺自制的熱電制冷裝置提供溫度為1℃左右的同尺寸水平冷壁面，選取熱壁面設(shè)定溫度為100℃、冷壁面為1℃的典型工況，對熱壁面和冷壁面影響下實驗房間的室內(nèi)流場進(jìn)行連續(xù)13min實驗測試，得出結(jié)論：靠近100℃熱壁面前端的來流

5、速度平均值為0.206m/s，熱壁面的存在對壁面上方附近流場形成了一定程度的擾動作用，且壁面溫度越高，上方附近熱氣流越明顯，從而熱壁面附近形成較大的溫度梯度與速度梯度。
　　然后，選用了20~500nm的納米銀粒子作為標(biāo)記細(xì)顆粒物研究其沉降規(guī)律。利用氣溶膠發(fā)生器發(fā)射納米銀顆粒，營造室內(nèi)一定的銀顆粒氣溶膠濃度條件，利用場發(fā)射掃描電鏡微觀觀測不同溫度壁面上的顆粒沉降情況。在相同的集塵時間（40分鐘）選取相同大小的視場，觀測視場下壁面積

6、塵量的多少及積塵顆粒粒徑的大小情況。觀察到細(xì)顆粒物明顯的熱泳效應(yīng)，且發(fā)現(xiàn)在50~400nm顆粒物粒徑范圍，溫度越高沉降的顆粒數(shù)越少，熱泳效應(yīng)越強烈。
　　最后，通過發(fā)散衛(wèi)生香煙顆粒，實驗研究了垂直壁面附近細(xì)顆粒的熱泳效應(yīng)。利用電加熱膜作為穩(wěn)定熱源設(shè)計營造了不同溫度下的垂直壁面與附近空氣形成一定溫度梯度的熱源區(qū)域，其附近區(qū)域內(nèi)的顆粒物會逃離該熱面運動，從而造成垂直熱面附近區(qū)域內(nèi)的細(xì)顆粒物數(shù)濃度減少以及顆粒物粒徑分布的變化。實驗發(fā)現(xiàn)衛(wèi)

7、生香煙霧顆粒中，隨著垂直面上溫度梯度的增加，粒徑范圍20.77~213.10nm衛(wèi)生香煙霧顆粒數(shù)濃度衰減越明顯，而粒徑范圍270.56~1093.64nm衛(wèi)生香煙霧顆粒數(shù)濃度衰減量卻比較少，垂直面上熱源造成衛(wèi)生香煙霧顆粒數(shù)濃度減少，主要貢獻(xiàn)來自于粒徑范圍22.77~213.10nm顆粒物數(shù)濃度的減少。這說明在垂直壁面附近22.77~213.10nm粒徑范圍的細(xì)顆粒受到的熱泳力作用最強烈，熱泳力更容易驅(qū)使該粒徑范圍的細(xì)顆粒遠(yuǎn)離熱壁面附近區(qū)