留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

公共场所空间内气溶胶的扩散特性研究

栾一刚 殷越 李永曦 符昊 马正伟

栾一刚, 殷越, 李永曦, 符昊, 马正伟. 公共场所空间内气溶胶的扩散特性研究[J]. 华南师范大学学报(自然科学版), 2021, 53(5): 1-9. doi: 10.6054/j.jscnun.2021068
引用本文: 栾一刚, 殷越, 李永曦, 符昊, 马正伟. 公共场所空间内气溶胶的扩散特性研究[J]. 华南师范大学学报(自然科学版), 2021, 53(5): 1-9. doi: 10.6054/j.jscnun.2021068
LUAN Yigang, YIN Yue, LI Yongxi, FU Hao, MA Zhengwei. The Characteristics of Aerosol Diffusion in a Public Space[J]. Journal of South China normal University (Natural Science Edition), 2021, 53(5): 1-9. doi: 10.6054/j.jscnun.2021068
Citation: LUAN Yigang, YIN Yue, LI Yongxi, FU Hao, MA Zhengwei. The Characteristics of Aerosol Diffusion in a Public Space[J]. Journal of South China normal University (Natural Science Edition), 2021, 53(5): 1-9. doi: 10.6054/j.jscnun.2021068

公共场所空间内气溶胶的扩散特性研究

doi: 10.6054/j.jscnun.2021068
基金项目: 

中央高校基本科研业务费专项资金项目 3072020CFT0301

详细信息
    通讯作者:

    殷越,Email: yinyue@hrbeu.edu.cn

  • 中图分类号: O359+.1;TD724

The Characteristics of Aerosol Diffusion in a Public Space

  • 摘要: 通过数值仿真对局部触发的病毒气溶胶在公共室内环境中的传播规律进行预测. 采用常用的Realizable k-ε湍流模型研究公共空间内气溶胶瞬态扩散特性. 气溶胶颗粒在密闭空间中随时间向前上方向扩散,随室内环流存留在空气中. 当颗粒喷出后15 s内仅少数大颗粒落地,在60 s时部分颗粒附着于墙壁、人体,而70.86%(颗粒数目残留率)的颗粒存在于室内空气中. 提出3种通风方案:对侧通风、上送两侧通风、单侧通风-对侧/上侧回风. 通风条件破坏了原有的室内环流,颗粒随气流流出排风口. 结果发现:对侧通风方案中室内颗粒残留率为65.4%,上送两侧回风方案中残留率为63.22%,单侧通风-对侧/上侧回风方案中残留率为70.32%. 因此,上送两侧回风方案颗粒物传播距离较短,且颗粒残留率较低,是较理想的通风方案.
  • 图  1  密闭公共空间计算模型示意图

    Figure  1.  The schematic diagram of a closed public space calculation model

    图  2  公共场所通风方案

    Figure  2.  The ventilation scheme of a public space

    图  3  计算域网格

    Figure  3.  The computational domain grid

    图  4  4种不同网格数空间的中心线高变化速率分布

    Figure  4.  The distribution of centerline height change rate in four different grid number spaces

    图  5  在60 s内密闭空间中颗粒的弥散分布

    Figure  5.  The particle dispersion distribution in a confined space within 60 s

    图  6  密闭空间中颗粒的移动特性与温度分布

    Figure  6.  The movement characteristics of particles and temperature distribution in a confined space

    图  7  对侧通风下颗粒的移动特性与温度分布

    Figure  7.  The morement characteristics of particles and temperature distribution in the opposite-side ventilation

    图  8  上送两侧回风条件下颗粒的移动特性与温度分布

    Figure  8.  The movement characteristics of particles and temperature distribution in the upper-side ventilation

    图  9  单侧通风-对侧/上侧回风条件下颗粒的移动特性与温度分布

    Figure  9.  The movement characteristics of particles and temperature distribution in single-side ventilation of opposite- and upper-side return air

    图  10  3种不同通风方案室内颗粒残留率随时间的变化

    Figure  10.  The change of indoor particle residual rate in three different ventilation schemes

    表  1  密闭空间边界条件参数

    Table  1.   The boundary condition parameters of a confined space

    边界 温度/K 流速/(m·s-1) DPM边界条件
    人体口腔 308 1.3 Escape
    气溶胶颗粒物 310 10.0
    周围人体 304 0 Trap
    周围墙壁 293 Escape
    注:周围墙壁上气流无滑移,流速为0 m/s.
    下载: 导出CSV

    表  2  对侧通风空间边界条件参数

    Table  2.   The boundary condition parameters of opposite-side ventilation

    边界 温度/K 流速/(m·s-1) DPM边界条件
    人体口腔 308 1.3 Escape
    气溶胶颗粒物 310 10.0
    墙壁 293 0 Escape
    人体 304 0 Trap
    4个窗口 290 0.2 Escape
    2个门 293 Escape
    下载: 导出CSV

    表  3  上送两侧回风通风空间边界条件参数

    Table  3.   The boundary condition parameters of the upper-side ventilation

    边界 温度/K 流速/(m·s-1) DPM边界条件
    人体口腔 308 1.3 Escape
    气溶胶颗粒物 310 10.0
    顶部窗口 290 1.3 Escape
    墙壁 293 0 Escape
    人体 304 0 Trap
    4个窗口 293 Escape
    2个门 293 Escape
    下载: 导出CSV

    表  4  单侧通风-对侧/上侧回风通风空间边界条件参数

    Table  4.   The boundary condition parameters of single-side ventilation of opposite and upper-side return air

    边界 温度/K 流速/(m·s-1) DPM边界条件
    人体口腔 308 1.3 Escape
    气溶胶颗粒物 310 10.0
    顶部窗口 290 1.3 Escape
    周围墙壁 293 0 Escape
    周围人体 304 0 Trap
    4个窗口 293 Escape
    2个门 293 Escape
    下载: 导出CSV
  • [1] 赵钧, 尚智, 赵征, 等. 用计算流体力学方法研究非典型肺炎病毒颗粒的分布[J]. 上海交通大学学报, 2005, 39(11): 147-149, 154. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SHJT200511033.htm

    ZHAO J, SHANG Z, ZHAO Z, et al. An investigation of SARS virus particles' spreading using computational fluid dynamics method[J]. Journal of Shanghai Jiaotong University, 2005, 39(11): 147-149, 154. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SHJT200511033.htm
    [2] 邓伟鹏, 沈晋明, 唐喜庆, 等. SARS隔离病房内的气流组织优化研究[J]. 建筑热能通风空调, 2005, 24(2): 9-14, 67. doi: 10.3969/j.issn.1003-0344.2005.02.003

    DENG W P, SHEN J M, TANG X Q, et al. The study on the optimization of indoor air distribution for SARS isolation wards[J]. Building Energy and Environment, 2005, 24(2): 9-14, 67. doi: 10.3969/j.issn.1003-0344.2005.02.003
    [3] WANG J L, CHOW T T. Numerical investigation of influence of human walking on dispersion and deposition of expiratory droplets in airborne infection isolation room[J]. Building and Environment, 2011, 46(10): 1993-2002. doi: 10.1016/j.buildenv.2011.04.008
    [4] 高乃平, 贺启滨, 李晓萍, 等. 人工气候室内呼出气溶胶颗粒物分布的实验研究[J]. 同济大学学报(自然科学版), 2012, 40(11): 1680-1685. doi: 10.3969/j.issn.0253-374x.2012.11.016

    GAO N P, HE Q B, LI X P, et al. Experimental study on distribution of human exhaled aerosol particles in a full-scale chamber[J]. Journal of Tongji University(Natural Science), 2012, 40(11): 1680-1685. doi: 10.3969/j.issn.0253-374x.2012.11.016
    [5] 宗青松. 室内颗粒物分布与沉积规律研究[D]. 马鞍山: 安徽工业大学, 2012.

    ZONG Q S. Studies on distribution and deposition of indoor particulate matter[D]. Ma'anshan: Anhui University of Technology, 2012.
    [6] BROHUS H, NIELSEN P V. Personal exposure in displacement ventilated rooms[J]. Indoor Air, 1996, 6(3): 157-167. doi: 10.1111/j.1600-0668.1996.t01-1-00003.x
    [7] CERMAK R, MELIKOV A K. Protection of occupants from exhaled infectious agents and floor material emissions in rooms with personalized and underfloor ventilation[J]. HVAC&R Research, 2007, 13(1): 23-38. http://taskair.com/knowledge/Cermak%20and%20Melikov-HVAC&R-2007.pdf
    [8] 韩云龙, 胡永梅, 钱付平, 等. 自然通风室内颗粒物分布特征[J]. 安全与环境学报, 2013, 13(2): 116-120. doi: 10.3969/j.issn.1009-6094.2013.02.025

    HAN Y L, HU Y M, QIAN F P, et al. On the distributional features of the dust particles in a naturally ventilated room condition[J]. Journal of Safety and Environment, 2013, 13(2): 116-120. doi: 10.3969/j.issn.1009-6094.2013.02.025
    [9] 康智强, 张亿先, 冯国会, 等. 会议室内飞沫气溶胶分布特征的数值模拟[J]. 沈阳建筑大学学报(自然科学版), 2017, 33(3): 562-568. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SYJZ201703023.htm

    KANG Z Q, ZHANG Y X, FENG G H, et al. Numerical simulation of droplet aerosols in conference room[J]. Journal of Shenyang Jianzhu University(Natural Science), 2017, 33(3): 562-568. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SYJZ201703023.htm
    [10] 刘荔, 张毅, 付林志, 等. 热分层环境人际间飞沫传染风险与对策研究[J]. 暖通空调, 2020, 50(6): 19-25, 85. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NTKT202006005.htm

    LIU L, ZHANG Y, FU L Z, et al. Interpersonal droplet transmission risk and countermeasures in thermally stratified environment[J]. Heating Ventilating and Air Conditioning, 2020, 50(6): 19-25, 85. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NTKT202006005.htm
    [11] 殷平. 新型冠状病毒肺炎疫情与集中空调系统[J]. 暖通空调, 2020, 50(10): 24-30, 86. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NTKT202010003.htm

    YIN P. COVID-19 epidemic and central air conditioning systems[J]. Heating Ventilation Air Conditioning, 2020, 50(10): 24-30, 86. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NTKT202010003.htm
    [12] 李先庭, 杨建荣, 王欣. 室内空气品质研究现状与发展[J]. 暖通空调, 2000(3): 36-40. doi: 10.3969/j.issn.1002-8501.2000.03.011

    LI X T, YANG J R, WANG X. Status and development of indoor air quality research[J]. Heating Ventilation Air Conditioning, 2000(3): 36-40. doi: 10.3969/j.issn.1002-8501.2000.03.011
    [13] 赵彬, 陈玖玖, 李先庭, 等. 室内颗粒物的来源、健康效应及分布运动研究进展[J]. 环境与健康杂志, 2005(1): 65-68. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HJYJ200501035.htm

    ZHAO B, CHEN J J, LI X T, et al. Source, effect and distribution of indoor particulate matter[J]. Journal of Environment and Health, 2005(1): 65-68. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HJYJ200501035.htm
    [14] CHEN Q. Comparison of different k-ε models for indoor air flow computations[J]. Numerical Heat Transfer B, 1995, 28(3): 353-369. doi: 10.1080/10407799508928838
    [15] TANG J W, NICOLLE A D, KLETTNER C A, et al. Airflow dynamics of human jets: sneezing and breathing-potential sources of infectious aerosols[J]. PLoS One, 2013, 8(4): e59970/1-7. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3613375/pdf/pone.0059970.pdf
    [16] 余勇, 谷正气, 刘水长, 等. 客车室内悬浮生物颗粒传播与控制数值研究[J]. 科学技术与工程, 2014, 14(12): 277-283. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KXJS201412058.htm

    YU Y, GU Z Q, LIU C S, et al. Simulation of the diffusion and control of the passenger car indoor suspended biological particles[J]. Science Technology and Engineering, 2014, 14(12): 277-283. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KXJS201412058.htm
    [17] LICINA D, PANTELIC J, MELIKOV A, et al. Experimental investigation of the human convective boundary layer in a quiescent indoor environment[J]. Building and Environment, 2014, 75: 79-91. http://www.onacademic.com/detail/journal_1000036130738510_0289.html
  • 加载中
图(10) / 表(4)
计量
  • 文章访问数:  321
  • HTML全文浏览量:  91
  • PDF下载量:  54
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-03-30
  • 网络出版日期:  2021-11-11
  • 刊出日期:  2021-10-25

目录

    /

    返回文章
    返回