теоретическое исследование вдыхаемой фракции дисперсных

УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ КАЗАНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
Том 155, кн. 1
Естественные науки
2013
Мухаметзанов И.Т., Гильфанов А.К., Зарипов Ш.Х. Теоретическое исследование вдыхаемой фракции дисперсных воздушных загрязнений // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер.
Естеств. науки. – 2013. – Т. 155, кн. 1. – С. 50–60.
УДК 504.75.05+532.529.6
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВДЫХАЕМОЙ ФРАКЦИИ
ДИСПЕРСНЫХ ВОЗДУШНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ
И.Т. Мухаметзанов, А.К. Гильфанов, Ш.Х. Зарипов
Аннотация
Развита математическая модель и решена задача расчета запыленного воздушного
течения вокруг манекена человека при дыхании через ротовое и носовое отверстия.
Математическая модель включает в себя уравнения Рейнольдса турбулентного течения
несжимаемого газа для несущей среды и лагранжевы уравнения движения частиц с учетом аэродинамического сопротивления и силы тяжести. Уравнения течения несущей
среды решаются методом конечных объемов в CFD программе FLUENT. В найденном
поле скоростей несущей среды рассчитываются траектории движения частиц для определения вдыхаемой фракции. Проведены численные исследования вдыхаемой фракции
как функции размера частиц в условиях движущегося и неподвижного воздуха. Получено удовлетворительное согласие теоретических кривых вдыхаемой фракции для случая
подвижной среды с экспериментальными данными.
Ключевые слова: воздушные загрязнения, вдыхаемая фракция, математическая
модель.
Литература
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Kennedy N.J., Hinds W.C. Inhalability of large solid particles // J. Aerosol Sci. – 2002. –
V. 33, No 2. – P. 237–255.
Brown J.S. Particle inhalability at low wind speeds // Inhal. Toxicol. – 2005. – V. 17,
No 14. – P. 831–837.
Dai Y.T., Juang Y.J., Wu Y.Y., Breysse P.N., Hsu D.J. In vivo measurement of inhalability
of ultralarge aerosol particles in calm air by humans // J. Aerosol Sci. – 2006. – V. 37,
No 8. – P. 967–973.
Hsu D.J., Swift D.L. The measurements of human inhalability of ultralarge aerosols in
calm air using mannikins // J. Aerosol Sci. – 1999. – V. 30, No 10. – P. 1331–1343.
Anthony T.R. Contribution of facial features dimensions and velocity parameters on particle inhalability // Ann. Occup. Hyg. – 2010. – V. 54, No 6. – P. 710–725.
Anthony T.R., Flynn M.R. Computational fluid dynamics investigation of particle inhalability // J. Aerosol Sci. – 2005. – V. 37, No 6. – C. 750–765.
Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. – М.: Наука, 1978. – 736 с.
Launder B.E., Spalding D.B. Lectures in Mathematical Models of Turbulence. – London,
England: Acad. Press, 1972. – 176 p.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Wen X., Ingham D.B. Aspiration efficiency of a thin-walled cylindrical probe rear-facing
the wind // J. Aerosol Sci. – 1995. – V. 26, No 1. – P. 95–107.
Фукс Н.А. Механика аэрозолей. – М.: Изд-во АН СССР, 1955. – 353 с.
Райст П.С. Аэрозоли. Введение в теорию. – М.: Мир, 1987. – 278 с.
www.ansys.com
Патанкар С.В. Численные методы решения задач теплообмена и динамики
жидкости. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 152 с.
Никущенко Д.В. Применение расчетного комплекса FLUENT для моделирования
течений вязкой несжимаемой жидкости. – СПб.: Изд-во С.-Петерб. гос. морск.
техн. ун-та, 2005. – 97 с.
Зарипов Ш.Х., Галеев Р.С., Скворцов Э.В., Ванюнина М.В. Современные задачи
теории пробоотбора аэрозольных частиц // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств.
науки. – 2005. – Т. 147, кн. 1. – С. 32–46.
Поступила в редакцию
02.11.12
Мухаметзанов Ильнар Тальгатович – аспирант кафедры моделирования экологических систем, Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, Россия.
E-mail: ilnar@front.ru
Гильфанов Артур Камилевич – кандидат физико-математических наук, доцент
кафедры моделирования экологических систем, Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, Россия.
E-mail: artur.gilfanov@ksu.ru
Зарипов Шамиль Хузеевич – доктор физико-математических наук, заведующий
кафедрой моделирования экологических систем, Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, Россия.
E-mail: shamil.zaripov@ksu.ru