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大氣顆粒物再懸浮采樣器研究報告

1.研究方法選擇

       針對顆粒物沉積的研究方法目前主要有風洞試驗、網絡法及數值計算CFD方法。

       風洞試驗是通過制作實際采樣器的縮尺模型在大氣邊界層風洞中進行,通過必要的手段產生類似于采樣器內的風場,然后通過布置在模型表面及其周圍的試驗儀器測量風速、風壓等相關數據,當前研究內容已經涵蓋了采樣器在不同風速下的沉積效果。但是風洞試驗也存在著諸如模型制作費時費力,試驗周期較長,難以同時研究不同的采樣器方案等缺點,而且縮小尺寸的試驗模型并不總是能反映全比例結構的各方面特征。另外,在測點布置、同步測壓等一系列問題上也有很多不足有待解決。

       網絡法是從宏觀角度對自然通風進行分析,主要用于采樣器設計初期的風量預測。它利用質量、能量守恒等方程計算風壓和沉積量。但由于網絡法不考慮房間采樣器的空氣流動形態對沉積的影響,所以無法給出采樣器內部的空氣詳細流動情況分析。

CFD模擬是從微觀角度,針對采樣器,利用質量、能量及動量守恒等基本方程對流場模型進行求解,分析其空氣流動狀況。采用CFD對沉積效果模擬,主要用于沉積效果模擬及流場優化,進而對采樣器的結構尺寸進行優化設計,通過CFD提供的直觀詳細的信息,便于設計者對采樣器進行通風策略調整,使之更有效的進行采樣。于此同時,CFD是現有技術中唯一能夠模擬采樣器內部顆粒分布濃度場的手段。其他方法均不能進行此類研究。

       所以綜上所述,本項目采用CFD數值模擬進行。

2.研究軟件選擇及控制方程

      計算流體力學(CFD)作為一種有效的計算分析工具,具備速度快、成本低、資料完備且能夠模擬真實條件等優點,廣泛應用到流體流場的預測與分析。本報告利用FULENT 6.3作為數值模擬的計算工具,FULENT系列的6.3版本作為專業的顆粒沉積分析軟件,可以精確地研究流體的流動、傳熱和污染等物理現象,準確地模擬采樣器內的空氣流動、空氣品質、傳熱等問題,從而為減少設計成本,降低設計風險,縮短設計周期貢獻力量。FULENT 6.3軟件能實現快速的建模、網格自動劃分功能,具備強大的求解功能,擁有顯示濃度場、溫度場、濕度場、速度場、空氣齡場、PMV場、PPD場等數據的數值報告。

附件:

采樣器結構優化研究報告

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