Fluent在气溶胶传播模拟中的前沿应用

气溶胶颗粒是固态或液态微粒悬浮在气体介质中的分散体系。广义的讲，气溶胶颗粒是胶体的一种，其微粒称为分散相，其连续相称为分散介质。气溶胶颗粒直径在0.0001-100μm之间，其中对人体有害的主要是直径在10μm以下（PM10），尤其是颗粒直径小于2.5μm（PM2.5）的气溶胶颗粒。

非典SARS、禽流感、H1N1及最近爆发的新型冠状病毒，气溶胶均可以作为病毒的载体成为传播途径之一。随着人们在室内停留的时间越来越久，气溶胶在室内如何分布关系到室内空气品质及人们的健康，研究气溶胶在室内传播及沉积显得尤为重要。

研究气溶胶传播的方法主要有实验研究以及数值模拟两种方法。数值模拟成本低，而且容易对比不同参数对气溶胶传播的影响程度，称为气溶胶传播研究的重要方法。

使用数值模拟时，气溶胶的模拟可以使用欧拉法和拉格朗日法，欧拉法将颗粒看做连续介质，在有限体积法基础上构建浓度守恒方程，对气溶胶颗粒的处理与对流相的处理方法类似；拉格朗日法将颗粒看做离散相，跟踪每一个例子的运动轨迹。对例子的运动轨迹进行统计处理后，拉格朗日法也可以进行颗粒浓度及其他参数的计算。因颗粒浓度低，颗粒相和流体相可以看做单向作用，即流体主相影响颗粒相，而颗粒相对主相的影响忽略不计。

Fluent中提供了VOF、欧拉型和混合物型欧拉-欧拉多相流模型以及DPM欧拉拉格朗日模型，因气溶胶在室内体积分数小于10%，我们使用DPM模型。

我们首先建立房间模型，尺寸为0.4X0.5X0.3m。右侧窗户为0.3X0.18m，下边缘距离地面0.09m，4、6、5、7、8、10的尺寸均为0.04X0.01m，其中4、6是送风口；5、7、8、10是回风口。送风口9的尺寸为0.05X0.08m。各风口与房间的相对位置如图；在房间中部我们使用两个简化的人体模型，他们距离0.1m，人体1对人体2持续讲话，人体2暴露在飞沫气溶胶颗粒中。

使用如下网格参数划分出进出口及人体进行局部加密的网格。

为各房间入口、出口及人的嘴巴创建如下的边界条件。

因为温度对气溶胶的传播有影响，所以我们需要打开能量方程。

在紊流模型中选择标准k-e模型，根据进出口的尺寸，计算水力直径为0.16m，打开离散相模型，设置离散相注入类型为surface，颗粒直径为5μm，设置离散相浓度0.085μg/s、密度为1000kg/m。在边界条件中设置人体1喷出的颗粒速度为3.9m/s，温度35°，进风口速度均为2m/s，温度31°。出风口均为自由出口，温度35°。

使用稳态coupled算法，迭代1500次后，查看温度、速度、粒子轨迹及速度沿着Y方向分布图如下。

结论：通过后处理可以很好的观察室内空气流速的分布及风速、温度、进出风口位置对粒子传播的影响，利用fluent进行数值模拟能够用来指导室内通风设计。

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