關鍵詞：灰塵 風管 運動軌跡 數值模擬
空調通風系統的衛生狀況與人群健康密切相關。令人記憶猶新的是2003年春季“非典”事件，因為不能排除空調通風系統傳播“非典”病毒的可能，導致全部中央空調系統暫停使用[1].這一事件引起了廣大公眾對空調通風系統可能成為傳染病的一種空氣傳播渠道的高度重視。改善空調通風系統的衛生狀況，方法之一是了解掌握粉塵的產生、運動、沉積過程。
在通風管道中的流動是由氣體與顆粒組成的氣固兩相流動，不同物性的顆粒和粒徑在流場中具有不同的運動軌跡，并且反過來會影響氣相流動。通風管道中的顆粒軌跡的研究對于粉塵顆粒在通風管道中動態沉積的研究有著十分重要的意義。
目前，描述兩相或多相流動的方法可分為兩大類[2]：一類是只把流體作為連續介質而把固體相作為離散體系，探討顆粒動力學，顆粒軌道等；另一類是在把流體作為連續介質的同時，把固體相也作為擬連續介質或擬流體，設其在空間中有連續的速度和溫度分布及等價的輸運性質（粘度、擴散和導熱等）。本計算中采用的是顆粒軌道模型，它是目前在工程中應用最為廣泛的湍流氣固兩相模型。該模型用拉格朗日方法（即跟蹤顆粒的運動軌道的方法）來描述顆粒的運動，它把氣體看作連續介質，把顆粒相看作是與氣體有滑移的（滑移可能很大）、沿自身軌道運動的離散群，把顆粒群與氣體的質量、動量和能量相互作用當作是某種介質的連續分布于兩相流空間的物質源、動量源和能量源。由于在本計算模型中顆粒直徑較小，濃度較低，顆粒對氣體的影響不大，所以在計算中忽略固體顆粒對氣體的影響，而只考慮氣體對顆粒的作用[3].這樣，就可以先計算出通風管道中的氣體流場，再計算顆粒在流場中的運動軌跡。
1.氣體流場的計算
1.1計算對象
圖1模擬對象
本文是以二維通道的平直段為研究對象，其尺寸為3×0.1（長×高，單位：m）。其物理模型如圖1所示。
1.2計算方法與邊界條件
對于通風管道內湍流流動，選取了RSM模型和有限差分法。在控制方程建立起來以后，采用了Patankar和Spalding提出的SIMPLE算法來對控制方程進行數值求解[4].
計算中需要給出的邊界條件有入口條件、出口條件、中心線以及固體壁面條件。計算中對于這些邊界條件的處理采用的是通常的方法。
1.3計算結果
從圖2中可以看出，當流體從通道入口進入通道后，受流體粘性的阻礙。流體在邊界層內的流速減小。根據連續性條件，壁面附近流動的滯緩必然促使邊界層外的流動處于加速狀態，而邊界層外的加速又抑制了邊界層的增厚及產生壓強的順壓梯度。在下游一定距離，通道壁上的邊界層在軸心處匯合，進入流動充分發展段。
2． 粉塵顆粒軌跡的計算
2.1 顆粒運動方程
通風管道中粉塵顆粒所受的作用力是比較復雜的[5]，其中包括重力、附加質量力、氣體作用于顆粒的拽力 、壓力梯度力、虛假質量力以及Magnus力、Saffman力、Basset力等，此外還可能會受到熱泳和光泳的作用。
根據通風管道中流動的實際情況，本文在計算中主要考慮了重力和拽引阻力的作用，忽略了較為次要的作用力，這種簡化在不影響計算結果可靠性的同時突出了問題的主要特征，同時也回避了一些次要作用力在計算中帶來的困難。這樣，可以得到如下的顆粒運動方程式：
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式中：為顆粒的單位質量拖曳阻力（drag force），其中
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