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灰尘在风管中运动轨迹的数值模拟
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摘要：对通风管道中的气固两相流动流场进行数值模拟，是研究颗粒在通风管道中的运动轨迹。计算中，将气相作为连续介质，采用RSM湍流模型，并用SIMPLE算法对流场进行数值模拟；将固相作为离散体系，采用随机轨道法计算其运动轨迹。计算时，分别选用6种颗粒直径为计算工况，计算结果显示出颗粒运动轨迹，并指出其与气流速度和颗粒直径相关。
关键词：灰尘 风管 运动轨迹 数值模拟
空调通风系统的卫生状况与人群健康密切相关。令人记忆犹新的是2003年春季“非典”事件，因为不能排除空调通风系统传播“非典”病毒的可能，导致全部中央空调系统暂停使用[1].这一事件引起了广大公众对空调通风系统可能成为传染病的一种空气传播渠道的高度重视。改善空调通风系统的卫生状况，方法之一是了解掌握粉尘的产生、运动、沉积过程。
在通风管道中的流动是由气体与颗粒组成的气固两相流动，不同物性的颗粒和粒径在流场中具有不同的运动轨迹，并且反过来会影响气相流动。通风管道中的颗粒轨迹的研究对于粉尘颗粒在通风管道中动态沉积的研究有着十分重要的意义。
目前，描述两相或多相流动的方法可分为两大类[2]：一类是只把流体作为连续介质而把固体相作为离散体系，探讨颗粒动力学，颗粒轨道等；另一类是在把流体作为连续介质的同时，把固体相也作为拟连续介质或拟流体，设其在空间中有连续的速度和温度分布及等价的输运性质（粘度、扩散和导热等）。本计算中采用的是颗粒轨道模型，它是目前在工程中应用最为广泛的湍流气固两相模型。该模型用拉格朗日方法（即跟踪颗粒的运动轨道的方法）来描述颗粒的运动，它把气体看作连续介质，把颗粒相看作是与气体有滑移的（滑移可能很大）、沿自身轨道运动的离散群，把颗粒群与气体的质量、动量和能量相互作用当作是某种介质的连续分布于两相流空间的物质源、动量源和能量源。由于在本计算模型中颗粒直径较小，浓度较低，颗粒对气体的影响不大，所以在计算中忽略固体颗粒对气体的影响，而只考虑气体对颗粒的作用[3].这样，就可以先计算出通风管道中的气体流场，再计算颗粒在流场中的运动轨迹。
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