基于病毒传播风险的地铁车厢通风系统优化研究

文档摘要：地铁交通系统在提供便利的同时也可能成为病毒传播的温床,优化车厢通风方式是降低病毒传播风险的重要途径.首先,通过数值模拟构建一个典型的集中回风模式地铁车厢模型,并通过实地测量数据验证其准确性.然后,在集中回风模式基础上提出了一种分散回风模式,与集中回风模式进行对比分析,探讨2种模式下车厢内流场和飞沫扩散特征.最后,结合感染风险评价模型讨论了乘客的感染风险.研究结果显示:在车厢流场和温度场方面,集中回风模式下车厢内15个测点的气流速度和温度均值分别为(0.27±0.13)m/s和(26.4±1.35)℃,分散回风模式下分别为(0.25±0.08)m/s和(26.2±0.94)℃.在飞沫扩散方面,集中回风模式下飞沫受到集中回风口产生的纵向气流影响,在车厢内扩散的区域相比于分散回风模式下更大,集中回风模式下飞沫扩散的区域是分散回风模式下的1.45倍.在乘客感染风险方面,整体上分散回风模式下站姿和坐姿乘客的感染风险都小于集中回风模式下乘客感染风险,且在飞沫释放后的0～20s内集中回风模式下站姿乘客感染风险是分散回风模式下的1～2倍.相对于集中回风模式,车厢采用分散回风模式可以提高车厢内速度场和温度场的均匀性,并且可以更快地清除乘客呼吸区的飞沫,降低乘客的感染风险.研究结果可为进一步优化地铁车厢通风系统和保障乘客出行安全提供参考.

Abstract：Thesubwaytransportationsystemprovidesconveniencetopeoplebutmayalsoacceleratethespreadofviruses.Optimizingthecarriageventilationsystemisanimportantmethodtoreducetheriskofvirustransmission.Anumericalmodelofatypicalsubwaycarriagewiththeconcentratedairrecirculation(CAR)modewasconstructedusingnumericalsimulationmethods,andtheaccuracyofthemodelwasverifiedusingfieldmeasurementdata.BasedontheCARmode,thestudyproposedadispersedairrecirculation(DAR)mode.Acomparativeanalysisoftheflowcharacteristicsanddropletdispersionfeaturesinsubwaycarriagesunderthesetwoairrecirculationmodeswasconducted.Furthermore,theriskofinfectionforpassengerswasdiscussedinconjunctionwithaninfectionriskassessmentmodel.Resultsindicatethatregardingtheairflowandtemperaturefieldsinthecarriage,theaverageairflowvelocityandtemperatureat15measurementpointsundertheCARmodeare(0.27±0.13)m/sand(26.4±1.35)℃,respectively.Incontrast,intheDARmode,theyare(0.25±0.08)m/sand(26.2±0.94)℃,respectively.Intermsofdropletdispersion,undertheCARmode,dropletsareinfluencedbythelongitudinalairflowgeneratedbythecentralizedairvents,resultinginagreaterspreaddistancethanthatintheDARmode.IntheCARmode,theareaofdropletdispersionis1.45timesthatoftheDARmode.Regardingpassengerinfectionrisk,passengersinbothstandingandsittingpositionsundertheDARmodehavealowerriskofinfectionthanpassengersundertheCARmode.Within0～20secondsafterdropletrelease,theriskofinfectionforstandingpassengersundertheCARmodeis1～2timesthatofstandingpassengersundertheDARmode.ComparedtotheCARmode,theDARmodecanimprovetheuniformityofthevelocityandtemperaturefieldsinsidethecarriage.Itcanalsohelpwithmorerapidlyremovingdropletsfromthebreathingzonesofpassengers,therebyreducingtheriskofinfectionforbothstandingandseatedpassengers.Theresearchfindingsprovideareferenceforfurtheroptimizingsubwaycarriageventilationsystemsandensuringthesafetyofpassengertravel.

作者：伍钒   余超   徐任泽   崔清民   李恒奎 Author：WUFan   YUChao   XURenze   CUIQingmin   LIHengkui
作者单位：中南大学交通运输工程学院轨道交通安全教育部重点实验室,湖南长沙410075;中南大学轨道交通安全关键技术国际合作联合实验室,湖南长沙410075;中南大学轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心,湖南长沙410075中南大学交通运输工程学院轨道交通安全教育部重点实验室,湖南长沙410075河南工程学院软件学院,河南郑州451191
刊名：铁道科学与工程学报 ISTICPKU
Journal：JournalofRailwayScienceandEngineering
年，卷(期)：2024, 21(6)
分类号：U266.4
关键词：地铁车厢  回风模式  飞沫扩散  数值模拟  感染风险  
Keywords：subwaycompartment  returnairmode  droplet'stransmission  numericalsimulation  infectionrisk  
机标分类号：TD724X936TD853
在线出版日期：2024年7月16日
基金项目：国家自然科学基金，中南大学研究生科研创新项目基于病毒传播风险的地铁车厢通风系统优化研究[
期刊论文]  铁道科学与工程学报--2024, 21(6)伍钒  余超  徐任泽  崔清民  李恒奎地铁交通系统在提供便利的同时也可能成为病毒传播的温床,优化车厢通风方式是降低病毒传播风险的重要途径.首先,通过数值模拟构建一个典型的集中回风模式地铁车厢模型,并通过实地测量数据验证其准确性.然后,在集中回风模...参考文献和引证文献
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关键词：地铁车厢,回风模式,飞沫扩散,数值模拟,感染风险,

2024-10-4 00:34 上传 基于病毒传播风险的地铁车厢通风系统优化研究.pdf

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