福岛事故后放射性气溶胶理化模型的进展

2011年的福岛核事故导致大量放射性气溶胶进入了大气环境,事故等级达到国际核事件分级表的最高级7。为了追踪放射性物质的释放、扩散、沉积和与实际测量进行比较,多种数学模型被用于获取气溶胶的理化特性和动力学行为。文章综述了事故后放射性气溶胶理化模型的研究进展,包括气溶胶源项模型、输运模型、粒子沉积模型、电荷变化模型和人体可吸入颗粒模型等,涉及到气溶胶颗粒的形成、凝并、沉降与再悬浮等理化行为机理。模型的分析结果表明,福岛核事故释放的放射性气溶胶的粒子尺寸、活度、化学组成、电荷变化、滞留时间等理化性质依赖于形成模态而非常善变。     

大型室内场所的通风结构优化与病毒扩散规律

大型室内场所中的人员密集,且内部空气流场复杂,研究以气溶胶为载体的病毒在大型封闭空间中的扩散规律,对预防传染病毒的传播具有重要意义。以2020年武汉抗疫期间由某体育场临时改装的方舱医院为研究对象,利用数值模拟的方法分析方舱中的空气流场,同时采用DPM模型(离散相颗粒模型)模拟了带有病毒的气溶胶颗粒在方舱中分布和扩散情况,并研究了自然通风、强制通风、风道配风和底部抽吸对颗粒分布的影响。数值模拟结果表明:在风道配风及底部抽吸的情况下,气溶胶扩散得到了有效抑制,且风道配风的风压为50 Pa时,具有最佳的病毒气溶胶排出效果。     

室内密闭与通风空间气溶胶扩散特性

由于气溶胶具有传播病毒的特性,室内密闭与通风空间的气溶胶扩散特性具有重要的研究意义。针对密闭空间、人体模型进行等比例建模、数值仿真计算,获取气溶胶颗粒瞬态传播途径与范围。并采用Realizable k-ε湍流模型、DPM（离散项模型）开展两相瞬态计算。结果表明:打喷嚏、咳嗽等呼出条件下,大直径颗粒降沉,小直径颗粒将随气流传播到2 m外人体头部区域。由于人体体温高于室内环境温度,在体表附近将出现热羽流现象,气溶胶颗粒将随其向上流动,并在顶部随环流向下运动。通过稳态通风方案仿真研究,发现在前侧、左侧、右侧（相对与门）3种通风方案中,左侧与右侧通风均在人体模型下方出现2个回流涡,占据中央区域的涡流将造成颗粒在此停留。前侧通风方案中64.8%的颗粒随气流流出,左侧方案占59.3%次之,而右侧通风的颗粒流出效果较差,占46.9%。因此,3种方案中,前侧通风方案效果最佳。可为有人员在室内时,室内空间通风方式的选取,以及减少室内呼吸气溶胶颗粒物提供参考。     

基于气溶胶再悬浮模型的钚污染区环境评价

核装置中的钚材料在试验及事故条件下会以气溶胶形态释放到环境中,可造成环境污染和人员可吸入危害。针对陈旧辐射污染区的钚气溶胶再悬浮评估可以弥补钚气溶胶扩散数值模型无法开展钚泄漏事件中长期环境危害评估的不足,对于确认污染区因自然及人为扰动引起的钚气溶胶环境浓度波动及对应的净化处理工作具有指导意义。以大气物理学、地质学和辐射剂量学为基础建立钚气溶胶再悬浮经验模型,通过对典型陈旧辐射污染区进行试验测量和数值分析,并利用该模型对典型陈旧辐射污染区钚气溶胶再悬浮的环境危害进行了评估。结果表明:土壤侵蚀度是决定钚气溶胶再悬浮程度的内因;核爆试验场的钚气溶胶再悬浮程度远低于含钚材料的非核爆试验场;自然及人为扰动均会造成短期内陈旧污染区钚气溶胶环境浓度的剧烈波动;通过土壤净化可使污染区域的钚气溶胶再悬浮浓度降低至环境允许标准。     

中国严寒地区住宅建筑室内细菌气溶胶污染特征及传播规律

实测严寒地区住宅建筑细菌气溶胶组分及来源,并结合微生物生长繁殖衰亡模型和数值模拟技术开展细菌气溶胶传播特性研究.结果表明,中国严寒地区住宅建筑室内的主要优势菌群为拟杆菌门（Bacteroidetes）、厚壁菌门（Firmicutes）、变形菌门（Proteobacteria）.而细菌的来源分析显示,其主要来源为粪便、土壤、极端环境、植物、水源和腐败有机物等.由于冬季人员室内活动时间较长,其中粪便来源占比偏高.细菌在室内的传播规律研究表明,在室内环境中细菌气溶胶的浓度分布与房间的结构、湍流形式和粒子重力场有关.随着房间高度的降低,室内流场越复杂.模拟分析表明室内90％的细菌气溶胶颗粒在50s内逃逸出,且随着房间高度的降低细菌气溶胶浓度逐渐降低而范围更广.室内通风有阻碍细菌气溶胶在室内积聚,稀释污染浓度的作用.     

炸药爆炸条件下钚气溶胶扩散研究综述

对炸药爆炸条件下,钚气溶胶扩散研究中的源项特性和扩散模型进行了总结,并对扩散模型的特点进行了评述和对比.根据事故应急响应要求对扩散计算模型的选择进行了相关讨论,同时提出钚气溶胶扩散研究中值得关注的问题.     

含菌气溶胶扩散对人群的潜在影响风险

为分析生物气溶胶释放对人群潜在影响风险的情况,利用CALPUFF模型定量模拟了2019年7月24~8月20日中牧兰州生物药厂含菌气溶胶扩散、浓度空间分布、对人群潜在健康风险,并结合公开报道的检测数据开展验证.结果显示：生物药厂的含菌气溶胶排放源附近高值区主要集中于厂区四周,影响范围主要以厂区为中心,并向四周逐渐扩散;检测结果中兰州兽研所1#,兰州大学2#地区健康风险比例41.49：1,在模拟的相对风险大小的误差区间（36.15±8.48）范围内,说明本研究含菌气溶胶对人群潜在影响风险的模拟结果可信.     

模拟烹饪油烟的粒径分布与扩散

烹饪油烟颗粒物粒径分布与扩散特性研究有助于解析其对室内空气质量和居民健康的影响,采用电子低压撞击器(ELPI)实时监测了油烟机开启和关闭状态下,模拟烹饪油烟发生处和3 m外位置处,0.03~10μm范围内油烟颗粒数浓度和质量浓度随粒径分布.油烟颗粒主要以655 nm以下的细颗粒为主.油烟机能够显著降低室内油烟浓度,开启油烟机后,油烟发生处颗粒数浓度从2.8×106个·cm-3降低到2.3×105个·cm-3,PM2.5(空气动力学直径≤2.5μm的颗粒)质量浓度从85.9 mg·m-3降低到6.2 mg·m-3.油烟机对PM10的净化效率高于PM2.5.油烟迅速从发生处扩散到3 m外,无通风状态下,总颗粒数浓度衰减达65%,PM2.5质量浓度衰减达75%.计算流体动力学(CFD)模拟了油烟机对油烟PM2.5质量浓度场扩散分布影响.红外摄像仪监测了油烟温度场分布扩散,以扇形向外扩散,伴随着油烟温度梯度降低.     

基于气体-颗粒两相流模型的燃煤电厂粉尘运动规律预测

为了降低电厂粉尘污染,保护室内操作人员的身体健康,从产生粉尘漂浮运动的机理出发,采用数值模拟方法,通过建立煤粉颗粒的释放模型、沉降模型以及气体-颗粒两相流物理模型,对厂房内治理前、后的粉尘流动和分布情况进行了模拟分析。结果表明:通过合理调整厂房通风位置,可以有效降低现场粉尘浓度;工作人员采用合适的操作方式和选择合适的位置,可有效降低受污染影响的程度。此外,粉尘的运动规律预测可以为粉尘治理提供参考。     

基于改进PSO算法的室内时变污染源定位方法

室内污染源泄漏灾害预防是室内环境和公共安全等领域亟待解决的重要问题。快速定位室内污染源的位置是有效实施污染源控制的前提条件,也是进一步指导人员疏散和应急救援的关键依据。室内污染源因位置和释放强度的变化使得室内污染源形式繁多,而当前室内污染源定位研究主要集中在释放强度恒定的污染源上,针对释放强度时变的污染源定位研究较少。因此,提出了利用改进的粒子群智能搜索策略,基于主动嗅觉定位室内时变污染源的方法。通过对室内二维通风房间内泄漏速率呈衰减特征的时变污染源的泄漏模拟与源定位分析,表明了室内时变污染源定位方法的可操作性和可行性。     

多场条件下低低温电除尘系统全流程数值模拟

文章基于商业计算流体力学(CFD)软件,对某低低温电除尘系统进行了多场条件下的数值模拟。采用k-ε模型来模拟湍流场,用离散相模型(DPM)来模拟飞灰颗粒的运动,用换热器模型和多孔跳跃模型模拟烟冷器内温度场,用电磁流体模型(MHD)模拟电场,用颗粒群平衡模型(PBM)模拟颗粒团聚规律。结果表明:烟道内布置导流板及阻流板后,电除尘器各分室进口流量偏差均在±1%以内,出口不超过±0.5%。颗粒相质量流量分配偏差也均未超过±5%。各室入口截面烟气流速相对均方根差均不超过0.25。模拟烟冷器内各截面的温度、密度及流速变化规律与实际相符。电场内电势分布由放电极向收尘极呈不均等环状分布,粒径越大的颗粒越容易被收集,小颗粒易发生逃逸。随着时间的推移,烟冷器内颗粒平均粒径逐渐增大,当t=0.8 s以后,颗粒平均粒径趋于平稳。     

地下水封洞库分层施工工作面污染物扩散规律的数值模拟研究

为保障超大断面地下水封洞库群内的施工环境,提高施工通风效率,依托某石油储备地下水封洞库群工程,以超大断面地下水封洞库分层施工为研究对象,采用三维数值计算方法对地下水封洞库超大断面施工通风管的竖向位置以及距离掌子面的水平距离对工作面污染物浓度分布的影响进行了数值模拟研究。结果表明:地下水封洞库分层施工过程中,通风管竖向位置高于工作面时会导致部分新鲜风直接从上层区域流出,且通风管的竖向位置与工作面齐平时通风效果最好;污染物的排放速率随着通风管距离掌子面水平距离的增大呈现先增大后减小的变化规律,将通风管布置在距离掌子面水平距离为15 m时可获得最佳的通风效果。     

A2O工艺污水处理厂微生物气溶胶逸散特征及暴露风险评价

监测了北京市某A²O工艺污水处理厂不同工艺段逸散出的微生物气溶胶的浓度和粒径分布情况,统计了各工艺段所有采集样本污染程度和可吸入颗粒占比,分析了影响各工艺段微生物气溶胶浓度和可吸入颗粒数变化的因素.同时,计算了各工艺段暴露风险值,判断微生物气溶胶对不同人群的危害性.结果表明,各工艺段微生物气溶胶均有不同程度的释放,浓度变化范围在107~37139 CFU·m^-3之间,其中,生物池释放浓度最低,为107~624 CFU·m^-3,一直处于清洁等级;板框脱水间释放浓度最高,为3329~37139 CFU·m^-3,粉尘颗粒较多是造成板框脱水间微生物气溶胶浓度极高的重要原因.各工艺段可吸入颗粒（<4.7 μm）占比为42.30%~93.36%,其中,污泥处理单元吸入风险较高,可吸入颗粒占比为83.52%~93.36%.板框脱水间细菌气溶胶对人体存在非致癌风险（HQ>1）,需引起重视.     

布朗扩散对颗粒床过滤的影响

在实验的基础上 ,得到了计算单个颗粒扩散收集效率的经验方程式。结果表明 ,气溶胶粒子的粒径越小 ,布朗扩散越显著 ;气体流速的增加不利于粒子的扩散沉积 ;过滤介质的粒径越小 ,粒子的扩散沉积效应越高 ,穿透率也就越低。     

大气气溶胶粒径分布特征与呼吸系统暴露评估研究进展

近年来气溶胶污染被社会各界密切关注.大气气溶胶的粒径分布和污染物组成特征研究是探究大气气溶胶污染成因的基础,同时也是准确评估人体暴露于气溶胶污染导致的健康风险的关键.多级采样器可分粒径采集大气气溶胶,通过模拟人体呼吸系统进而准确量化大气气溶胶组分被吸入后在人体的沉积部位和沉积量,从而被应用至大气气溶胶粒径分布特征和人体健康风险评估的研究中.本文介绍了大气气溶胶粒径分级方法,探讨了应用多级采样器在气溶胶粒径分布研究中存在的主要问题及解决方案,并综述了大气气溶胶粒径分布特征和人体呼吸系统暴露评估的研究进展,最后结合当前的研究现状对大气气溶胶在粒径分级和人体健康风险研究领域的未来发展方向进行了展望.     

出风口位置和风速对文印室苯扩散的影响数值模拟

采用理论计算和数值模拟的方法研究了不同的出风口位置和风速对文印室苯系物扩散的影响规律。结果表明:在建筑条件允许的情况下,文印室内采用单侧通风方式时的通风排苯效果最好;在建筑条件有限只能采用双侧通风方式时,存在一个最优的出风口风速使文印室内的通风排苯效果最佳;采用混合通风方式时,文印室内部分区域会出现苯系物的聚集情况,需根据室内物品的摆放和工作人员的主要活动区域综合分析并选择出风口的最佳位置和最优风速,以确保工作人员的健康安全。     

民用建筑室内颗粒物源释放研究综述

该文简要分析了室内颗粒物浓度的主要影响因素,归纳总结了室内颗粒源释放速率的主要计算方法,从颗粒物释放速率和粒径分布两方面详述了室内各类颗粒物源包括燃烧类、烹饪类、再悬浮类和其它类源的颗粒释放特征,同时分析了各类颗粒源释放率的影响因素。对民用建筑颗粒物污染源释放机理、规律特性的全面理解和把握,有助于从源头出发减少室内颗粒污染及人员暴露危害。     

基于FLAC3D的矩形硐室围岩松动圈确定

围岩松动圈厚度的确定是地下硐室支护的基础,而对于非圆形硐室没有现成的计算公式,且现场实测松动圈一般比较困难,因此,对于非圆形硐室建立围岩松动圈与其影响因素之间的函数关系势在必行。本文采用FLAC3D数值计算程序,通过模拟不同条件下矩形硐室的松动圈,用回归方法建立松动圈厚度(Lp)与围压(P)、粘聚力强度(C)、摩擦角(φ)及跨高比K之间的关系,并通过了假设检验。     

办公室内颗粒物载带溴系阻燃剂的人体呼吸暴露

通过对封闭房间、通风房间和室外环境中大气颗粒物分级采样,分析了大气颗粒相上溴系阻燃剂(BFRs)的负荷水平,并对目标污染物在颗粒相的粒径分布特征及其控制因素进行研究.以此为基础,采用人体呼吸暴露数值模型,估算了大气颗粒相载带BFRs在人体呼吸道各部位的暴露量.研究表明,在室内外大气颗粒相样品中,多溴联苯醚(PBDEs)以BDE-209为主,而六溴环十二烷(HBCDs)则以α-HBCD为主;整体上,室内大气颗粒物中BFRs高于室外的相应浓度,其浓度水平与电子垃圾处理厂周边大气颗粒相目标物浓度近似,高于中国其它地区室内外大气颗粒相载带BFRs浓度.粒径分布分析结果显示,PBDEs在封闭房间中主要分布在0.4~0.7μm和5.8~9.0μm的粒径上,呈现双峰形式,而在通风和室外环境中则主要分布在4.7~10.0μm的大颗粒上;HBCDs则主要分布在大颗粒上.呼吸暴露估算结果表明,在封闭状态下的办公室内,呼吸道各部位经由呼吸摄入的总PBDEs和HBCDs暴露量分别为22.56~1 503 pg·(h·kg)-1和0.09~9.25 pg·(h·kg)-1;而在自然通风状态下的办公室内,上述暴露量则分别为13.89~601.1 pg·(h·kg)-1和0.07~1.75 pg·(h·kg)-1.显然,自然通风有利于室内污染物向室外扩散,从而减小了室内呼吸暴露风险.通过比较,可以看出呼吸摄入BFRs暴露量小于灰尘摄入的暴露量,呼吸不是BFRs室内人体暴露的主要途径.     

不同破坏程度下颗粒煤瓦斯扩散特性试验研究

为探索不同破坏程度下颗粒煤瓦斯扩散特性,制备不同粒径的煤样,达到人为模拟不同破坏程度颗粒煤的效果,并利用瓦斯吸附-扩散装置对不同破坏程度的煤样进行等温吸附-扩散试验。试验结果表明:颗粒煤瓦斯扩散率随着粒径的增大而减小,当粒径增大到一定值时,颗粒煤瓦斯扩散率随着粒径的增大而保持不变;同初始吸附平衡条件下,相同时间段的颗粒煤瓦斯扩散系数随粒径的增大而增大,而颗粒煤有效扩散系数则随粒径的增大而减小,当颗粒煤粒径增大到一定值时,颗粒煤瓦斯有效扩散系数基本保持不变。通过对颗粒煤瓦斯有效扩散系数与粒径的关系进行拟合,能很好地满足乘幂函数关系式De=a·rb0,通过该关系式可对不同破坏程度颗粒煤瓦斯有效扩散系数进行预测,对预防煤矿瓦斯灾害具有重要的现实意义。