博物馆颗粒物沉降模拟.ppt

博物馆颗粒物沉降模拟分析,姓名： 陈淳 学号：2005013020 指导教师： 赵彬 老师 指导研究生： 赵恒 杨彩青,建筑环境学课程报告,选题背景,建筑环境学的一个很大的分支就是对于室内环境的研究室内的颗粒物沉降很有可能对保存在室内的物品造成污染或者化学伤害特别对于博物馆而言，由于室内保存了许多对人类文化有重要意义的珍贵文物，所以如何尽可能的降低颗粒物沉降对珍贵文物的损坏是非常值得研究的！,主要任务,1、通过模拟分析得出颗粒物沉降的特点 2、以某博物馆为研究对象，计算其颗粒物沉降量 3、提出改进措施总体思路,3、根据公式 计算出博物馆竖直壁面以及天花板的颗粒物沉降量Ｊ，单位为 1、小室模拟加上外文文献实验数据对比验证得出颗粒物沉降速度 ，单位为 2、利用CFD方法得出博物馆室内颗粒物浓度场，进而得出近壁面处颗粒物浓度 ，单位为 小室模拟求颗粒物沉降速度,1、小室模型,小室的尺寸是 ，在距天花板中央13.5cm处有一个额定电压为12V的电风扇设置风扇的目的在于将小室内的气流充分混合均匀，使得流体边界层处的颗粒物浓度近似等于整个小室的平均浓度。

2、流场计算,工具：Fluent软件 湍流模型：RNG-K-e模型 边界条件：风扇性能曲线,,Z=0.5m横截面的流场分布,X=0.5m横截面的流场分布,流场整体分布,3、DPM颗粒物沉降统计,工具：Fluent中的离散项模型（DPM） 类型：有浮升力作用 边界条件：壁面为吸附性壁面 粒子密度：1000g/m3 粒子发射数量：10000个 跟踪步长：100000步,不同粒径颗粒物沉降个数,4、小室平均浓度计算,工具：a) Fluent颗粒物轨道统计功能 b) 轨道文件—浓度场转换程序,颗粒物轨迹,不同粒径颗粒物平均浓度,5、颗粒物沉降速度,沉降速度等于沉降个数除以竖直壁面面积，再除以粒子浓度6、数据对比验证,将外文文献中的实验数据与模拟数据作于同一图中文献中的颗粒物沉降速度实验数据,CFD方法求博物馆室内颗粒物浓度,1、博物馆模型建立,此博物馆除主体的两层建筑外，室内西侧还有一戏台，送回风口拟设于二层顶部天花，空调机组安装于顶棚木质梁上，整个顶棚作为静压箱向室内送风2、参数设置,夏季工况,冬季工况,冬季未进行空气处理，故参考实测博物馆内12月平均气温和相对湿度作为冬季送风参数，即0.22 ℃，17.32 %。

3、截面选取,水平断面： z=1.5 m和3.5 m 垂直断面： y=1.0 m和4.0 m,室内人员数量：按照10人，散热量按100W/人计算，散湿量按轻劳动计算，184 g/h·人，人员设置于一层大厅及戏台一层区域,4、计算结果,夏季工况流场分布,z=1.5 m,z=3.5 m,y=1.0 m,y=4.0 m,夏季工况颗粒物浓度分布,为了普适考虑，结果显示的是无量纲化的颗粒物分布z=1.5 m,z=3.5 m,y=1.0 m,y=4.0 m,冬季工况流场分布,z=1.5 m,z=3.5 m,y=1.0 m,y=4.0 m,冬季工况颗粒物浓度分布,为了普适考虑，结果显示的是无量纲化的颗粒物分布z=1.5 m,z=3.5 m,y=1.0 m,y=4.0 m,C——该点的无量纲化颗粒物浓度 C’——该点的实际浓度 Cin——送风颗粒物浓度 Cout——回风口处颗粒物浓度 由于馆内采用三级过滤，可认为Cin近似为0 计算结果,颗粒物浓度计算公式,计算博物馆颗粒物沉降量,根据公式 可以得到不同粒径的颗粒物的单位时间单位面积沉降量由于博物馆中文物异常珍贵，故不但平均的单位时间沉降量必须低，最大的单位时间沉降量也必须较低，故研究最大沉降量是有意义的。

结果分析,由上图可得以下结论： 1、博物馆中冬季时单位时间单位面积的颗粒物最大沉降量大于夏季工况 2、颗粒物粒径在1至5微米时单位时间单位面积的沉降量较小，而粒径较大以及粒径较小的颗粒物的单位时间单位面积沉降量都较大天花板颗粒物沉降量的计算,计算目的：此博物馆有珍贵顶棚画，故需计算天花板颗粒物沉降量 计算方法：与上述竖直壁面颗粒物沉降量计算方法一样 计算结果： 1、天花板颗粒物沉降速度在0.1μm/s的量级 2、室内浓度与竖直壁面结果相同 3、天花板颗粒物沉降量比竖直壁面颗粒物沉降量小得多 结论：只要经常对文物进行清洁，颗粒物的沉降就不会对天花板上的顶棚画造成很大的损害改进措施,1、减小沉降速度 过滤沉降速度大的颗粒物 原理：当颗粒物粒径在1μm至5μm之间时的沉降速度是最小的 方法：利用过滤器来尽量使沉降速度大的粒子被过滤 缺点：对于小粒径颗粒物过滤效率不够高2、降低近壁面的颗粒物浓度,减少颗粒物源 原理：博物馆内最大的颗粒物源就是室内人员，减少源能有效降低室内颗粒物浓度 方法：严格控制进入博物馆的参观人员，同一时刻进入参观的人数不能过多 优点：从源头出发，可以治本b) 减小摩擦速度 原理：参考文献[1]中实验分析结论：粗糙度越大的表面，颗粒物的沉降速度也越大。

即摩擦速度增大会导致颗粒物沉降速度变大 方法1：在文物的表面作无损害处理，使其粗糙度减小 方法2：控制室内气流组织，调低送风风速，使得近壁面的速度梯度保持在较小的范围结论与展望,1、如果博物馆室内参观人员过多，壁面颗粒物沉降量就有可能对这些珍贵文物造成损害 所以必须严格控制室内参观人数 ，这是治本之策 2、对于博物馆内珍贵文物的保护可以利用上述所提到的各种改进方法，如利用合理的气流组织降低颗粒物沉降量等等 3、博物馆管理人员必须重视对珍贵文物的保护，建立起责任心，及时对馆内文物进行专业清洁，防止颗粒物沉降量过大对文物造成损害心得体会,经过了十几周的努力，终于完成了建筑环境学的大作业在这个过程中，我发现建筑环境学涉及面太广了，每个同学做的题目都很不一样通过大作业不仅对室内空气品质有了更深的了解，还初步了解了CFD原理，学习了Fluent软件的应用，感觉收获非常大参考文献,[1] A.C.K. Laia，William W. Nazaroff Supermicron particle deposition from turbulent chamber flowonto smooth and rough vertical surfaces Atmospheric Environment ，39 (2005) ，4893–4900 [2] William W. Nazaroff，Mary P. Ligocki，Timothy Ma，Glen R. Cass Particle depositon in museums: comparison of modeling and measurement results Aerosol Science and Technology，13(1990)，332-348 [3] Alvin C.K. Lai Modeling indoor coarse particle deposition onto smooth and rough vertical surfaces Atmospheric Environment ，39 (2005)， 3823–3830 [4] 朱颖心 主编 建筑环境学 中国建筑工业出版社，2005年7月第二版,谢谢大家！,。