醋纤香烟滤嘴截留烟碱及香烟烟气室内扩散规律的模拟研究

摘要

随着人们生活质量的提高，室内颗粒物污染及对人体健康的危害日益受到重视。香烟燃烧产生的烟气作为室内污染的重要污染源之一，无论经抽吸由滤嘴进入人体或扩散于室内环境，都会对人体健康造成极大的危害。
　　本文基于FLUENT软件，为减少香烟抽吸过程中烟碱对人体健康的危害，在ISO抽吸模式下，采用标准k-ε湍流模型、SIMPLE算法和多孔介质模型对普通醋纤香烟滤嘴内烟气温度与烟碱截留规律进行研究。结果表明抽吸过程中烟气总焓随时间逐渐降低;烟碱在轴向上迁移速度快，但随着向吸食端扩散，烟碱温度逐渐降低，速度减慢，截留量也不断减少;径向上烟碱在热泳力作用下，布朗无规则运动加剧，烟碱在每一截面上分布较分散，烟碱截留效率降低。普通醋纤香烟滤嘴的烟碱模拟截留效率为30.59％，与相同实验条件下测得的效率接近。
　　在相同的条件设置下，对包括20 mm普通滤嘴、外置沟槽滤嘴(18+10 mm)、内置沟槽滤嘴(10+18 mm)、外置沟槽滤嘴(22+6 mm)、空腔滤嘴(18+7 mm)、空腔滤嘴(11+6+11 mm)的不同结构滤嘴截留烟碱的情况进行模拟研究，并比较不同结构滤嘴截留烟碱的效果。结果表明，沟槽滤嘴较普通醋纤滤嘴具有更好的截留效果;外置沟槽滤嘴内烟碱先通过非沟槽段，截留效率高于内置沟槽滤嘴;对于普通醋纤滤嘴，减少滤嘴长度，烟碱截留效率降低;空腔滤嘴因空腔结构截留效率较低;烟碱截留效率外置沟槽滤嘴(18+10 mm)＞外置沟槽滤嘴(22+6 mm)＞内置沟槽滤嘴(10+18 mm)＞28 mm普通滤嘴＞空腔滤嘴(18+7 mm)＞空腔滤嘴(11+6+11mm)＞20 mm普通滤嘴，几种不同结构醋纤香烟滤嘴中，外置沟槽滤嘴(18+10 mm)截留烟碱的效果最好，为香烟滤嘴的选择及结构优化设计提供了理论依据。
　　同时对香烟烟气在室内扩散的规律进行模拟研究。研究表明，香烟燃烧产生的烟气在室内扩散，要遵循流体流动方程、温度扩散方程及烟气的扩散方程等。烟气进入室内，气流速度大且与室内温差较大，烟气迅速进行热量交换，温度下降，速度减小。烟气继续向前扩散，在室内扩散范围增大。研究烟气在室内的扩散机理、扩散规律等，掌握烟气扩散的规律与路径，对预防和控制环境烟草烟气对人体健康的危害有着重要的意义。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 室内环境

1．1．1 室内环境概述

1．1．2 室内环境污染

1．1．3 室内空气质量

1．2 香烟烟气概述

1．2．1 香烟烟气成分

1．2．2 香烟烟气危害

1．3 香烟滤嘴

1．3．1 香烟滤嘴概述

1．3．2 香烟滤嘴的不同填充材质

1．3．3 香烟滤嘴过滤机理

1．4 CFD方法简介

1．4．1 CFD概念

1．4．2 控制方程

1．4．3 离散化方法

1．4．4 流场的求解计算

1．4．5 CFD的相关软件及应用

1．5 本课题的研究目的、意义和内容

1．5．1 研究目的及意义

1．5．2 研究内容

第2章 普通醋纤香烟滤嘴温度及烟碱的分布模拟

2．1 香烟烟气截留研究进展

2．2 香烟滤嘴截留效果实验测试

2．3 模拟条件设置

2．3．1 模拟几何模型及网格划分

2．3．2 湍流模型与控制方程

2．3．3 多孔介质模型

2．3．4 数值模拟边界条件

2．3．5 求解方法与求解控制参数

2．4 结果与分析

2．4．1 28mm普通醋纤滤嘴内温度分布

2．4．2 28mm普通醋纤滤嘴内烟碱分布

2．4．3 28mm普通醋纤滤嘴的截留效率

2．5 本章小结

第3章 不同结构醋纤香烟滤嘴截留烟碱的研究

3．1 滤嘴结构

3．1．1 不同结构醋纤滤嘴研究进展

3．1．2 不同结构醋纤滤嘴

3．2 不同结构醋纤滤嘴截留烟碱的研究

3．2．1 20mm普通醋纤滤嘴

3．2．2 外置沟槽滤嘴(18+10mm)

3．2．3 内置沟槽滤嘴(10+18mm)

3．2．4 外置沟槽滤嘴(22+6mm)

3．2．5 空腔滤嘴(18+7mm)

3．2．6 空腔滤嘴(11+6+11mm)

3．3 不同结构滤嘴的截留效果比较

3．3．1 同一时刻不同滤嘴Y=0截面烟碱分布

3．3．2 抽吸结束时滤嘴烟碱体积分数的三维分布

3．3．3 抽吸结束时轴向上烟碱体积分数分布

3．3．4 不同结构滤嘴截留烟碱的效率对比

3．4 本章小结

第4章 香烟烟气室内扩散规律的模拟研究

4．1 室内污染物

4．1．1 室内污染物分布

4．1．2 室内颗粒物的扩散

4．1．3 室内空气流场的研究

4．2 室内香烟烟气

4．2．1 室内香烟烟气的分布

4．2．2 室内香烟烟气的特征

4．3 香烟烟气室内扩散的模拟

4．3．1 几何模型的建立

4．3．2 基本控制方程

4．3．3 边界条件设定

4．3．4 室内烟气扩散的模拟结果

4．4 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表的学术论文目录

附录B 研究课题