基于动量源法模拟人走动对洁净室污染物扩散的影响

岑冬冬¹, 曹世杰^1,2

(1.苏州大学轨道交通学院，江苏 苏州 215131)

(2.广州大学土木工程学院，广东 广州 510006)

作者简介：岑冬冬(1990—)，男，硕士研究生，主要从事室内空气质量优化研究， cendongdong@qq.com.

通讯作者：曹世杰，男，教授，shijie.cao@gzhu.edu.cn.

摘要：当前研究人的走动对室内污染物扩散影响的传统方法是动网格法，动网格法存在几何结构繁琐、网格复杂、计算时间长、收敛困难等缺点。应用动量源法模拟人的走动对室内气流组织和污染物扩散的影响，可节省90%的计算时间（和动网格相比），且能保持较好的准确度。结果表明，人的走动会对室内气流组织、气流速度及污染物分布产生一定的影响。

关键词：数值仿真；人的走动；动量源法；污染物输运.

中图分类号：X513   文献标识码：A   文章编号：2095-509X(2020)12-0113-05

洁净室是指空气洁净度达到规定级别标准的密闭房间，洁净室不仅要能控制室内温度、相对湿度，而且还要控制颗粒物、细菌、压力、有关气体浓度以及气流分布。当前已经有关于洁净度要求较高的区域比如手术室操作台等亟需加强无菌化操作管理，例如手术中尽量减少人员流动等规定^［1］，尽量做到隔离、洁污分流，避免交叉感染^［2］，并且限制在手术台上翻动病人^［3］。目前有关医院空气环境的研究大部分以微生物浓度、洁净度、温湿度、压差控制等为研究要素，较少以人为要素的研究，然而人、物移动产生的尾流对室内污染物扩散的影响很大^［4］，特别是手术室中由于护士的活动，提高了手术病人的细菌暴露度^［5］。在2003年，一架从香港飞往北京的客机出现了SARS病毒感染案例，而且感染者与病毒携带者最远相距7排座位，正常情况下，病毒传染应在座位前后两排^［6］，飞行乘务人员的来回走动加大了SARS病毒的扩散范围^［7］。目前研究人的行为对室内气流组织影响的数值仿真方法是动网格法^［8］，然而动网格法有计算时间长、几何结构复杂、网格生成时间长等缺点^［5］，因而Meyers等^［9］提出将动量源法应用于大范围风场中物体运动对流体影响的数值仿真，以节约计算时间，Gao等^［10］在潜水艇螺旋桨的模拟中将螺旋桨考虑成静止的，并在螺旋桨表面添加动量源，从而将非稳态模拟简化为稳态模拟，节约了计算时间。

本文应用动量源方法模拟人体在室内的走动，研究人的走动对室内气流组织和污染物扩散的影响。

1实验和模拟

本文应用小型环境舱来进行人的走动对气流组织影响的实验，该环境舱内部净空间尺寸为1 m×1 m×1 m，合计净空间体积为 1 m3，整个舱体采用8 mm厚的亚克力板粘结而成，如图1所示。环境舱包括两部分，即稳流舱和测试舱；污染源为点燃的蚊香；送风方式为上送下回；采用电机驱动齿条来控制人体模型的运动，通过控制电机正反转和转速来调整模型移动方向和速度。本文中测试仪器主要包括：数字式风速仪2台，型号为TSI-9515，这是一款专门针对室内空气品质的风速测量装置；超细粒子计数器2台，型号为TSI8525 P-TRAKTM，可检测直径小于0.1 μm的粒子，并对其进行计数。

本文数值仿真中采用（RNG）k-ε模型模拟流体湍流^［11］，采用拉格朗日追踪法模拟颗粒物的运输过程^［12］。