口腔诊室气溶胶扩散机理及通风控制作用效果研究

作     者：李卓航 

作者单位：西安建筑科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：尹海国

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 081404[工学-供热、供燃气、通风及空调工程] 0814[工学-土木工程] 

主      题：口腔诊室 气溶胶 贴附通风 暴露率 实验测试及数值模拟 

摘      要：“颜值经济时代中,口腔健康和牙齿美观问题受到越来越多年轻消费者的关注。因此,口腔诊室因为工作性质原因成为疫情传播的重点场所。在口腔手术过程中,使用手术设备可能会进一步促进患者口腔内唾液、血液和组织液的汽化雾化形成飞沫和气溶胶。在口腔诊室内,空调系统的送回风口的安装位置受到空间限制,导致室内的气流组织可能并不合理,传统的通风方式可能也并不能满足卫生标准。因此对口腔诊室内气流和气溶胶的扩散机理和去除效果进行研究非常重要。本研究搭建了口腔诊室实验台,进行了气流实验和气溶胶浓度测试实验。在实验的基础上,建立了数值模型。为了得出口腔诊室内气溶胶扩散机理及不同通风模式下的作用效果,本研究进行了不同的影响因素下对室内气流和气溶胶分布影响的数值模拟研究,同时,进行了新型贴附通风模式和传统的混合通风模式对比研究。此外,提出局部净化措施,采用更合理的气流组织对室内气流进行优化以改善诊室空气质量,主要结论如下:本研究得出口腔诊室内气溶胶在人体热羽流和通风模式条件下扩散机理和分布。在较小的背景风速下,人体热羽流效应较明显,气溶胶会随人体热羽流的作用向上部空间流动。仅依靠热羽流效应不能达到很好的气溶胶去除效果。从去除速率来看,混合通风略优于贴附通风;从气溶胶去向分布来看,贴附通风优于混合通风,且排风口设置在上部优于设置在下部,气流组织形式是气溶胶去除的主要影响因素之一。在贴附通风和混合通风的等温工况下,对于口腔诊室气溶胶影响因素及作用效果研究,继续增大换气次数后的通风效果并未得到显著提高,因此,换气次数达到某一高度后就不是决定气溶胶颗粒行为的最重要因素。从气溶胶去向分布来看,贴附通风在沉积率和逸出率方面均优于混合通风,但悬浮率方面略劣于混合通风。在此基础上,本研究提出贴附通风模式下气流组织优化措施和通风策略,加导流板后,改变排风口位置在下部,结果发现在室内气溶胶去除速率方面并没有呈现出优势。开启便携式空气净化器后,取得了非常明显的通风效果,各个评价指标均优于其他工况,其中,与不加便携式空气净化器相比,该模式的气溶胶沉积率减少了15.33%,悬浮率减少了2.66%,逸出率增加了17.99%,减小了人员的感染风险。此外,由于重力的作用,气溶胶会首先沉积在患者身体表面,所以在患者表面监测出超过5%的气溶胶,因此,在进行手术的过程中建议给患者穿戴防护服。对于非等温工况,夏季供冷时由于冷空气较重,经由气流携带的气溶胶会较多的沉积在地面上,这也导致夏季工况下逸出率较低。相反,冬季供热工况的气溶胶逸出率较高。总体来说,冬季工况的效果略优于夏季工况。但是非等温工况与等温工况的效果类似,这也验证了气溶胶的去除效果与温度的关系微弱。本研究提出不同通风模式在口腔诊室内的应用,得出本研究最优通风策略为贴附通风和便携式空气净化器联合运行模式。此外,本研究提出的建议可以对口腔诊室的人员健康防护和流行病防卫予以指导。