产品
1、前言
近年来，随着工业发展和城市化进程的加剧，由空气质量下降所引发的问题越来越受到人们的关注。空气污染对人们健康的不良影响日益突显，而自2020年以来在全球范围内爆发的新型冠状病毒疫情加大了人们对空气质量，尤其是室内空气质量的担忧。如何有效地提高室内空气质量并降低人们在密闭空间内感染各种细菌和病毒的风险成为了各大空调及暖通设备制造商急待解决的问题。最近，由特灵科技集团开发的PCO（有害生物防治）杀菌技术正在进行开发和验证，其原理是将以光触媒催化的过滤技术与传统的室内空调设备相结合，从而在空气的循环过程中逐渐杀灭空气中的病毒，细菌等有害物质。对于杀菌设备的性能测试，一般采用传统实验方法来测得。然而，传统的测试方法需要消耗大量的人力和物力，此外，由于PCO设备测试环境中往往需要人为地注入各种病毒和有害物质，为保证实验安全有效的运行，对实验场所和实验机构资质的要求极高，所耗费的时间和经济成本很大。而如果通过CFD计算分析的方法来近似地评估杀菌设备在房间中的表现，可以在达到评估目的前提下大大节约研发成本，缩短研发的时间和周期。
在暖通和空调行业中，使用CFD代替实验进行问题分析已经有广泛地应用，而使用DPM 模型对气液两相流动进行分析也有很多成功的案例。在本文中，需要将杀菌技术与液滴的仿真分析串联起来，一般情况下，由于细菌，病毒等物质实际体积过小，很难直接在CFD计算中对其进行分析，而可以转而对病菌的载体（如飞沫等）进行追踪模拟和分析。在密闭房间中，飞沫气溶胶传播往往是病菌的主要传播方式，针对人体飞沫的直接仿真模拟可以在很大程度上反应气溶胶感染的风险，冯国会, 明月, 兰信颖等研究了空调房间不同气流组织形式下，人体持续说话散发气溶胶颗粒污染物的运动分布规律，文中对不同送风条件下飞沫的传播和分布进行了计算，并分别评估了各个情况下人体通过飞沫气溶胶传播感染病菌的风险。孙科等人通过CFD仿真分析的方法，对建筑物在不同通风条件下的颗粒分布情况进行了研究分析，研究展示了颗粒在物体表面附近的分布和沉积情况。
DPM模型作为研究颗粒运动和分布的重要模型，被广泛地运用于CFD仿真分析之中。在CFD计算中对连续相输运方程进行求解时，在拉格朗日坐标系下建立离散的第二相，此第二相由球形颗粒构成并分布在连续相之中，通过这种模型可以对两相之中的各种作用力进行分析求解。对于人体咳嗽产生的飞沫，用DPM模型进行分析比较方便有效。
在本文中所涉及的HFCA06室内空调单元实际采用的时光触媒杀菌技术，光触媒也叫光催化剂，是一种以纳米级二氧化钛为代表的具有光催化功能的半导体材料的总称。具有代表性的光触媒材料是二氧化钛，它能在光照射下产生强氧化性的物质（如羟基自由基、氧气等），并且可用于分解有机化合物、部分无机化合物、细菌及病毒等。日常生活中，光触媒能有效地降解空气中有毒有害气体如甲醛等，高效净化空气；同时，能够有效杀灭多种细菌，并能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理。光触媒的这种特性使得其在空调行业中得到了广泛的发展和应用。
本文以一家酒店中的客房为模拟环境，用DPM模型对患病人员咳嗽产生的飞沫进行仿真分析。此外，通过实验计算得出光触媒杀菌设备的关键参数，并将其以用户自定义边界条件的形式载入Ansys Fluent， 以飞沫颗粒被过滤的方式模拟杀菌设备对有害物质的消杀作用，并将计算结果于实验室中杀菌结果进行对比。结果显示，此计算模型和方法能够有效对空间中杀菌设备的表现进行分析和评估，此方法可以运用于同种类型不同环境的模拟分析中，并减少设备开发的时间和经济成本。
2、仿真与实验方法
2.1 物理模型介绍
图1中展示了本次分析选用的物理模型，此模型是由一家真实酒店的客房转化而来，在此模型中，有两位顾客已经入住，其中一个人为假想中的染病患者（将要对其咳嗽的飞沫进行分析）。另一人为未染病顾客。此场景比较符合一般酒店房间的实际情况。在此房间中，空调处于运行状态，送风口与回风口均靠近房间入口。入口大门与房间内窗户均关闭，不与外界产生空气交换，此时此房间为一个密闭空间，卫生间门打开并假设排气扇关闭。
在本次分析中，染病顾客将连续咳嗽三次并释放出大量飞沫，飞沫液滴在通过进入回风口后会经过PCO杀菌设备，经过杀菌后再由送风口吹出。在本例中这种杀菌作用将被近似地处理为对液滴粒子的过滤作用。此外，由于空调内部结构复杂且不是本例研究的主要对象，所以空调的具体结构在模型中被省去。送风口和回风口将被赋予特定的边界套件以满足仿真要求。
155-2731-8020
