基于大涡模拟的室内悬浮颗粒运动规律研究

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室内环境对人体健康有着重要的影响,悬浮颗粒物已成为危害室内人员身心健康的最大污染物之一。为此,研究室内颗粒物弥散规律和运动特性对提高室内空气品质、促进室内环境健康发展有重要意义。而自上世纪60年代以来,基于计算流体力学(CFD)的数值模拟技术,己成为流体力学研究中继理论分析、实验研究的又一支柱领域。随着计算机技术的飞速发展,CFD方法正越来越受到科研人员和设计工程师的的重视。第一章主要是从悬浮颗粒的研究现状、数值模拟求解方法、气粒多相流模型等方面对前人所作工作进行了综述。总结了现有模型或处理方法在应用到室内细颗粒数值模拟方面的局限性,提出了课题拟研究的内容。第二章主要是对比分析选择适合气相湍流方法以及气粒两相流模型。从众多的湍流模型中,本文选择计算精度高、能够对瞬时流场信息准确把握的大涡模型。避免了颇具争议的常规壁面函数方法以及多达14个人为选取的经验常数的雷诺应力模型。同时对颗粒相的计算则选择基于拉格朗日坐标下的DPM模型,能够对每个颗粒运动轨迹进行实时追踪,又避免了欧拉法需要输入过多受力参数、碰撞规律等的经验系数,从而在缺少实验数据前提下保证计算准确性。本章还对常见壁面颗粒碰撞模型进行了介绍,以及LES模型方法对近壁处的处理方法。第三章主要是在前两章的理论基础上,采用了基于Smagorinsky亚格子模型的LES数值模拟方法计算了两套三维模型的气流场流动规律,比较本文模拟结果与前任实验值对本文模型进行验证。数值模拟结果比较准确地再现了流场的运动特征,与其他N-S方程的雷诺平均模型相比,LES数值模拟方法能够更加精确的捕捉流场变化信息,同时LES方法能够对流场瞬时信息有详细的分析,这对湍流流场的研究是十分有价值的。第四章则是在第三章对room2三维模型流场研究基础上加入了拉格朗日坐标下的DPM模型,并对其中的颗粒物弥散规律进行了研究。假定颗粒相只有流体曳力和重力作用,同时选取了三种不同壁面模型,初始时刻颗粒相均匀分布于room2的Zone1区域,研究了在通风情况下Zone1和Zone2区域内颗粒相浓度衰减规律以及不同壁面条件对颗粒相衰减规律的影响。第五章对全文作了总结和未来在该方面要做的研究作了展望。
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