1.前言

　　SARS的出现，引起了人们对病房净化消毒和通风空调问题的高度重视，以CFD技术为核心的数值仿真技术，是研究和解决该类问题的有效方法之一。赵彬等采用数值计算方法分析了自然通风条件下，外区房间生物颗粒运动情况及其对内区相邻房间的影响[1]，同时又研究了置换通风、混合通风及自然通风下室内生物颗粒的分布规律[2]，Murakami和Holmberg等人也研究了通风室内颗粒运动和分布规律，均取得了较好的效果[3,4]。藤井修二的研究表明[5]，室内空气中尘埃粒子的运动状态是由有组织气流所决定的，即尘埃粒子跟随气流一起运动。根据这一结论及病毒细菌微生物学特性，作者提出了病房空气中病毒细菌高效滤床捕集远红外热力消毒方法，研制了病房空气净化消毒器，并进行了相关试验研究[6]。病房空气净化消毒器在病房内通过制造有组织气流来实现病房空气的循环净化和动态消毒，因此，室内有组织气流模型分布特性直接关系到其对带毒带菌颗粒性污染物的捕集效果，关系到空气净化消毒效果。为研究该问题，本文利用AirPak软件，对空气净化消毒器在病房内产生的室内气流模型进行仿真模拟，一方面分析气流模型能否满足设计要求，另一方面为消毒器结构参数的优化设计和运行控制提供理论依据。

2.病房空气净化消毒器及室内气流模型设计要求

2.1 空气净化消毒器主要性能参数

　　图1为空气净化消毒器，其中，1为回风口，2为初效滤床，3为耐高温高效滤床，4为风机，5为消声器，6为送风口，7为远红外加热管，8为反射板。为避免热力消毒对室内温度的影响，空气净化过程与消毒过程分时实现，即净化过程不开启热力消毒装置，热力消毒过程不开启风机。

图1 空气净化消毒器原理图图2 病房内部设施示意图

2.2 病房室内气流模型设计要求

　　图2为病房内部设施示意图，其中，1为病房空气净化消毒器，2为病床，3为外窗，4为日光灯，5为桌子。设病房面积为18m²，净高为2.8m。为有效地捕集室内空气中带菌带毒尘粒，要求空气净化消毒器产生的有组织气流满足以下要求：

　　1）送风应首先经过人的呼吸区（高度约1.2~2.0m），从呼吸区到地面的气流方向应由上至下，并由回风口进入消毒器，避免菌毒浓度高的气流上升，进入呼吸区；

　　2）在人的活动区，有组织气流速度应大于人走动和设备热对流所产生的局部气流速度，即0.3~0.5m/s[8]，以消除局部气流带动尘粒在室内的扩散；

　　3）地面附近的有组织气流速度不应超过引起地面尘粒悬浮和迁移所需的气流速度，即0.2m/s[9]。

　　经测定，消毒器风量为685m³/h，送风平均速度为3.35m/s，换气次数为12.7次/h，以此参数进行气流分布特性仿真。

3.病房气流模型的建立与仿真

3.1 控制方程

　　图1所示的病房室内气流模型，设各类壁面附近气流流态与室内主活动区流态相同，室内气流任一微元控制体内无源项，微元控制体内按稳态考虑，则室内气流某一微元控制体内气体控制方程如式（1）~（5）所示[10]。

1）连续性方程

　　　　　　（1）

　　其中，为气流速度，m/s。

2）动量方程

　　　　　　（2）

　　其中，r为空气的密度，kg/m³； p为空气压力，Pa；为应力张量，Pa；为重力加速度（自然对流项可不计），m²/s。

　　对于应力张量

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