污染粒子在半开放空间中疏散特性分析

 2022-01-17 11:01

论文总字数:25634字

目 录

摘要...................................................

Abstract...............................................

1 .绪论 ................................................1

1.1 研究背景及意义......................................................1

1.1.1研究的背景.......................................................1

1.1.2研究的意义.......................................................2

1.2 国内外研究现状......................................................2

2.理论及模拟说明........................................4

2.1随机行走.............................................................4

2.2模拟运算说明.........................................................5

3.半开放空间固定疏散通道污染粒子疏散过程模拟及分析......6

4.半开放空间10000时间步源空间污染粒子留存率与疏散通道大小关系模拟及分析..........................................10

5.一维疏散方程与模拟数据的对比分析......................12

5.1菲克定律.............................................................12

5.2疏散方程及污染粒子空间分布函数.......................................13

5.3模拟数据与污染粒子分布密度随时间变化曲线的对比.......................14

6.结论与展望...........................................15

6.1结论与分析...........................................................15

6.2问题和展望 ..........................................................16

参考文献...............................................17

致谢...................................................19

污染粒子在半开放空间中疏散特性分析

杨良慧

,China

Abstract:With the rapid development of society,the state of environmental pollution attracts more and more attention. The main pollutants are made up of a variety of pollution particles.However, under the influence of the external environment ,they exhibit random walk diffusion .Finally it presents a different distribution of pollutant concentration in space. In this paper, by the use of computer simulation capabilities to analyze pollution particles in the semi-open space diffusion characteristics of concrete are analyzed from three aspects: (1) With the size of the evacuation routes at fixed conditions, we study the source the number of pollution particles with time step change in the relationship; (2) With the fixed time step conditions, we study the relationship between the source space pollution particles retention rate and the size of the evacuation routes;(3)Base on the Fick's law ,study the one-dimensional diffusion equation and Obtain semi-open space with particle contamination distribution density function of time,finally we verify the accuracy of test data.Significance of this issue lies in the use of computer simulation capabilities, Particle semi-open space in the evacuation process regularity, has a certain practicality.

Key words:pollution particles; semi-open; diffusion; random walk

1 . 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.1.1研究的背景

人类社会的发展和经济的增长需要大量的能源支持。但是,大量的能源消耗造成了严重的环境污染,反过来又限制了社会经济的提高和生活环境质量的改善。因此环境问题逐渐成为全世界普遍关注的话题之一,无论是发达国家还是发展中国家,都在积极为改善环境问题作出努力。

近年来,我国的能源消耗量位于世界前列,每年的能源耗费总量以亿吨标准煤计量,然而在一次性能源的消费结构中,煤炭的占比总体偏高。长期以来,我国的能源消费一直以煤为主,和天然气、石油等能源种类相比,煤炭在燃烧的过程中会排放出大量的有害物质。这些有害物质包括烟尘、二氧化硫,二氧化碳,以及氮氧化物等,然而我国每年出现最多的环境污染问题大都是这些物质进入大气导致的。虽然我国正在积极开发新型环保可再生能源,但是在重工业生产中,煤炭的消耗量还是呈现逐渐增加的趋势。经济的快速发展,一方面在对国家GDP增加贡献外,另一方面也对我们周边的环境也产生了巨大威胁,例如工业生产导致各种颗粒及粉尘,氮氧化物、碳氧化物、硫氧化物、臭氧等被排放到大气层引发的环境问题日益严峻起来。近几年来,由于地面灰尘,CO2等造成的雾霾天气对人体的恶劣影响已经引起了国内外科研人员与政府的广泛关注。大量的研究表明,环境中污染物粒子通过呼吸系统进入人体后,会加重一些已有的呼吸系统疾病以及心脏病患者的病状,同时对老人及儿童健康产生严重的伤害。据相关研究表明,许多行业释放到环境中(空气和水)有毒物质可能引发恶性肿瘤等疾病。García-Pérez Javier,  Boldo Elena[1]等人研究了水体污染物分解中致癌物质的排放课题,所有的数据均从欧盟委员会服务器提供,绘制污染物浓度分布地图。数据表明,西班牙1437个工业设施,在2001年一年的时间释放到空气中的污染物接近1.58亿吨,排放到水中已超过800万吨,而其中污染严重的区域,周围人群的癌症发病率也呈现上升趋势。这意味着环境中的污染物对人体健康产生巨大的威胁,是多种疾病的诱发因素。Kumar Raj,Nagar Jitendra K[2]等研究了室内和室外空气污染物对儿童呼吸问题的影响,他们检测了394名7-15岁的儿童呼吸健康的情况。统计数据表明大部分孩子有呼吸问题,包括咳嗽(62.7%),咳痰(24.4%),呼吸急促(32.0%),喘鸣(25.6%),一般性感冒(44.4%)和咽部充血( 43.1%)。室内和室外空气污染物的水平的关联表明室外SO2和NO2比室内SO2和NO2水平显著高,而悬浮颗粒物平均室内水平(SPM)比户外的SPM水平显著更高。结果表明,室内和室外颗粒暴露可能是呼吸系统疾病的儿童发展的重要危险因素。在我国,环境问题也是相当严峻,据有关部门报道,2013年我国北方城市全年有近60多天被雾霾笼罩,常年的雾霾天气导致各种疾病问题,如近期热门话题尘肺病等,这些环境问题日益成为人们迫切想解决的问题。

众所周知,大气中的污染物主要包括可吸入的颗粒物(PM2.5,PM10),SO2,NO2等,而这些污染物大部分又污染粒子组成,并且在外界环境的作用下随机扩散,从而在空间上呈现不同的浓度分布。污染物的泄露和扩散严重威胁到每个人的生命财产安全,国家在近几年也在制定相关的法律控制一些化学物品的运输,工厂污水的排放,冶炼工业的废气排放等,制定相关的排放标准,从源头上控制环境污染的程度。但是仅有相关法律的制约还是远远不够的,通过切实可行的方法来控制才能从源头上缓解污染问题对人类健康的影响。

工业生产造成的污染物泄露和扩散是导致我国环境问题产生的主要原因。有毒有害物质,放射性尘埃,空气中对人体有危害的颗粒物引发的事故频发发生,不仅造成重人们身体损伤,财产损失,而且也限制了环境问题的改善进度,制约了国家经济的快速发展,更为严重的是损害了我国在国际上的形象。因此,对污染物扩散过程的研究,从而制定有效的解决或者缓解措施,成为当今环境问题工作的主导方向。

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