基于CFD的负压隔离病房气流组织模拟研究与分析

作     者：李振虎 

作者单位：中原工学院 

学位级别：硕士

导师姓名：朱彩霞;赵炬;王银玲

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：负压隔离病房 气流组织 污染物浓度 空气龄 FLUENT 

摘      要：隔离病房对处理突发公共卫生事件意义重大,负压设计则能在静态隔离条件下防止污染物扩散至外部环境和室内洁净区。在传染病医院负压隔离病房设计或普通病房平疫结合改造中,合理规划病区负压梯度、病房内气流组织形式,能最大限度减少污染物外泄、降低医护人员感染风险。本文以冬季新乡市某综合医院感染楼负压隔离病房单元和负压病区为研究对象,以项目设计、施工图为基础,运用ICEM CFD建立负压隔离病房单元和负压病区物理模型并划分结构化网格;验证物理和数值模型准确性后,针对冬季工况,确定患者体表散热和病房壁温等边界条件;以负压隔离病房环境控制要求相关规范为准则,结合污染物传播特性和气流组织优化分析,确定多种送、排风口位置和送风参数;为实现负压设计,对负压病区和病房单元区域进行风量校核。运用CFD数值模拟方法,将SF作为示踪气体,以速度、温度、空气龄、污染物度和其他气流组织评价指标为量化评价标准,在定新风换气次数和定送风温度条件下,分对逐一对比不同排风口位置、送风口数量位置和排风口数量位置工况组合的气流组织优劣性;患者走廊、医护走廊作为定压边界区域,对负压病区定向气流流向和负压梯度进行验证性分析。分析比对数值模拟结果,得出以下结论。（1）针对负压病区:采用两病房共用缓冲间布置形式,缓冲间负压值-9.85Pa,可形成合理定向气流和负压梯度;负压梯度和门缝渗流流速与门缝尺寸相关,在门缝宽度为3mm时负压梯度最佳。（2）针对负压隔离病房单元:垂直射流送风时,病床下部和病房上部区域流速约0.3～0.4m/s,患者面部附近流速0.1～0.15m/s,符合舒适性要求;单排风口布置产生气流短路,通风效率为0.82,低于其他双排风口布置工况;床两侧排风优于床下侧排风,医护人员呼吸高度污染物平均浓度低15.3%,病房通风效率高5.8%。双送风口加床两侧排风布置可显著提高病房内温度、速度场均匀性,病床上部平均温度相较单送风口布置提高1.5℃,通风效率可达1.34,均高于其他风口布置组合,患者呼吸区、医护人员呼吸高度平均空气龄分别为215s、245s;双送风布置风口距离较近会形成平均流速约0.4m/s的向上回流,改变排风口位置时回流趋势减弱。