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自然風速場下微生物氣溶膠的室內(nèi)外擴散與風險
自然風速場下微生物氣溶膠的室內(nèi)外擴散與風險
隨著城市環(huán)境問題的日益嚴重,各種傳染性**尤其是流感病毒的頻繁爆發(fā),高人口密度的建筑群內(nèi)的環(huán)境**問題也日漸突出。本文在廣泛調研國內(nèi)外相關領域成果的基礎上,建立了基于k-εRNG、LES和DPM模型的室外和室內(nèi)外微生物污染擴散模型,模擬了無風速、平均風速和自然風速等典型條件下的污染物擴散,成果為小區(qū)的建筑優(yōu)化、突發(fā)性事故發(fā)生時人員的**撤離途徑提供了科學依據(jù)。主要成果如下:1、通過與文獻的實驗數(shù)據(jù)對比,發(fā)現(xiàn)應用DPM模型(RNG LES和k-εRNG)可以預測氣體流動和污染物(粒子)濃度的變化趨勢,驗證了這兩種模型在室內(nèi)流場、污染物濃度場計算的可靠性,并得到了粒子與墻碰撞情況的*佳假定;2、利用4階精度龍格庫達法求解普通病毒動力學方程與馬流感微分方程組,得到了兩種病毒粒子的濃度曲線。依托病毒粒子的生長曲線,分別用k-εRNG、LES和DPM模型在室外模型中進行模擬,得出了致病微生物污染物的擴散規(guī)律。發(fā)現(xiàn)污染生長曲線與微生物污染區(qū)域的濃度有關,風速場與污染區(qū)域的范圍有關;病毒高濃度的區(qū)域集中在源強附近,風的流動可以控制病毒的傳播,是控制病毒傳播*有效的方式;病毒可以隨著流場中的漩渦擴散到遠處,漩渦中心的病毒濃度較高,由此可能導致引發(fā)危險性較高的二次感染;距離污染源位置越近,污染強度越大;根據(jù)風的方向及大小,合理排布建筑物的位置,能夠有效的減小病毒的傳播;3、針對DPM模擬的室內(nèi)外模型,室內(nèi)粒子通過窗戶向外界擴散,改變粒子在室內(nèi)的初始分布情況,發(fā)現(xiàn)病毒源的初始位置對病毒顆粒在室外的傳播和擴散幾乎沒有影響,建筑物受污染的情況和污染區(qū)域基本不變;4、利用FFT改進的諧波合成法擬合出了自然風功率譜和風速場的時程曲線。根據(jù)Davenport譜,得到了風速場隨時間變化的風速方程,簡化了自然風速場隨時間變化的模擬過程;5、通過改變外界風場的情況,分別進行了無風速場、常風速場和自然風速場下的微生物污染物的擴散模擬。無風速場作用下,污染物初始以近圓形區(qū)域擴散,對建筑群污染源周圍的影響范圍小,污染物濃度高;自然風可以攜帶病毒顆粒遠離小區(qū),使下風向地區(qū)在更大的范圍內(nèi)受到污染的威脅,但是其污染物濃度較低;6、建立了利用污染物濃度模擬結果評價污染風險的模型。通過兩個濃度判據(jù)得到了建筑群中*大危險位置及人所能停留的*大時間和建筑群的滯留能力等重要成果