室內沉積顆粒再懸浮的幾種力學激擾機制

《室內沉積顆粒再懸浮的幾種力學激擾機制》是依託大連理工大學,由張騰飛擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：室內沉積顆粒再懸浮的幾種力學激擾機制
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張騰飛

項目摘要

空氣懸浮顆粒物與人類的健康息息悠關。由空調末端送風射流及人體生理行為如打噴嚏等形成的強烈氣流射流以及清掃、擦拭、衣物拍打等活動行為,可以擾動室內氣流並致使沉積的顆粒物發生二次懸浮，造成室內可吸入顆粒物含量的上升。這些顆粒物一旦通過呼吸道沉積在肺部，極易使人致病。顆粒物發生二次懸浮是沉積顆粒與其附著表面分離的結果,受重力、附著表面黏附力、以及氣流水力作用的共同支配。本課題擬從分析氣流射流、表面清掃、及衣物拍打等擾動行為入手，研究其激擾的氣流模式、以及由此致使沉積顆粒發生二次懸浮的作用力及能量轉換機理。在研究策略上將運用計算流體力學、顆粒動力學、彈性力學建模的方法，從巨觀與微觀兩個層面揭示顆粒在各作用力下從附著面脫離或逐步地由滾動、滑移、直至浮起升空的二次懸浮動力學成因，並輔以環境實驗室內各種物理模型試驗，試圖從揭示顆粒物懸浮所包含的力學機制入手，探索合適的途徑抑制空氣中懸浮顆粒物的含量。

結題摘要

空氣懸浮顆粒物與人類的健康息息悠關。由空調末端送風射流及人體生理行為如打噴嚏等形成的強烈氣流射流以及清掃、擦拭、衣物拍打等活動行為,可以擾動室內氣流並致使沉積的顆粒物發生二次懸浮，造成室內可吸入顆粒物含量的上升。這些顆粒物一旦通過呼吸道沉積在肺部，極易使人致病。顆粒物發生二次懸浮是沉積顆粒與其附著表面分離的結果，受重力、附著表面黏附力、以及氣流水力作用的共同支配。本項目開展了三大塊以實驗測試為主的研究，包括氣流射流激擾顆粒的再懸浮、毛刷拂掃表面激擾沉積顆粒的再懸浮、及擊打布料激擾附著顆粒的再懸浮。套用高速相機、流場示蹤、以及標準測試粉塵，較為精確測試了各激擾過程的接觸表面變形、激擾的氣流、顆粒的受力分離過程、粒子的表面去除率、懸浮顆粒的數量等。從流體力學、顆粒動力學、彈性力學的角度，揭示顆粒在各作用力下從附著面分離的動力學成因，探索了抑制或促進顆粒物從表面分離的策略途徑。研究發現，當射流高度較低時，載顆粒表面受射流衝擊的形狀為圓盤形，而隨著射流高度的增加，射流衝擊形狀逐漸變為環狀。在低積塵密度下，射流激擾致使顆粒從附著表面的分離量隨著射流高度的增加而遞減。但是在高積塵密度下，則可能呈現顆粒分離量隨著射流高度的增加先上升到峰值，然後再遞減。最大顆粒分離量的發現，將有助於在工程上選取最佳射流高度，來獲得理想的顆粒去除效果。較細的刷毛、較快的清掃速度以及刷毛間較大的分散度都將促進刷毛尖端形成向上運動的漩渦顆粒團，促進顆粒再懸浮，這為實際清掃中減少顆粒揚塵提供了指導。當擊打附著在布料上的沉積顆粒時，需要布料達到一定大小的反向加速度才能發生顆粒分離，工程套用時要使擊打桿滿足加速度的閾值要求。布料振動將激擾周圍形成湍流，促進顆粒的脫離，清灰時可設計促使布料持續振動的設備。布料與擊打桿接觸部分的沉積顆粒去除效果較差。布料拉伸率較大的地方去除效果較好，套用時可對布料進行適當繃緊拉伸處理。