Modelo de Fase Discreta Validado Experimentalmente para PM2.5 y PM10 con Mapeo de Transporte Numérico
Autores: Estaquio, Ren Paulo; Canlas, Ma Kevina; Astrologo, Neil; Encarnacion, Job Immanuel; Agar, Joshua; Fernandez, Ken Bryan; Lustro, Julius Rhoan; Reyes, Joseph Gerard
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2026
Acceso abierto
Artículo científico
2026
Modelo de Fase Discreta Validado Experimentalmente para PM2.5 y PM10 con Mapeo de Transporte Numérico
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Ventilación
Materia particulada
Flujo de aire
Colocación de sensores
Exposición interior
Marco CFD transitorio
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
La exposición interior a material particulado (PM) depende del transporte impulsado por la ventilación, sin embargo, la colocación de sensores en habitaciones reales a menudo se basa en datos puntuales limitados. Este estudio desarrolla y valida experimentalmente un marco CFD transitorio, utilizando flujo de aire RANS acoplado con seguimiento de fase discreta Lagrangiana, para mapear PM2.5 y PM10 en un dormitorio a escala completa de 2.0 x 3.0 x 2.5 m con un ventilador de pedestal fijo y no oscilante y una ventana abierta. El flujo de aire fue verificado por independencia de la malla y validado contra mediciones de velocidad en 10 puntos (RMSE = 0.108 m·s-1). Los experimentos con incienso (~31 min de combustión) proporcionaron series temporales de PM durante los primeros 60 min en 16 ubicaciones a dos alturas; la tasa de emisión, el tiempo de combustión y la tasa de renovación de aire (1.96-5.39 ACH) fueron calibrados para que los modelos aceptados lograran un R2 agregado > 0.90. El mapeo espacial en una malla de 0.5 m muestra que el comportamiento del PM está gobernado principalmente por los bolsillos de acumulación definidos por el flujo de aire en lugar de por la proximidad a la fuente sola. Una región cercana a la fuente capturó consistentemente picos fuertes en tiempos tempranos, mientras que los bolsillos de bajo intercambio remoto permanecieron elevados durante la fase de decaimiento. Para PM2.5, el hotspot más persistente es un bolsillo de recirculación adyacente al techo, mientras que para PM10, el asentamiento gravitacional desplazó los hotspots dominantes hacia regiones de baja velocidad en la capa del suelo. Un puntaje de exposición que combina concentraciones pico normalizadas y promedios temporales, interpretado junto con métricas de persistencia de trayectoria de partículas, distinguió regiones transitadas transitoriamente de verdaderos bolsillos de retención. Los resultados muestran que la colocación de sensores debe seguir el objetivo de monitoreo: las regiones cercanas a la fuente son más sensibles a eventos pico, los bolsillos en el techo son más adecuados para el monitoreo persistente de PM2.5, y los hotspots en el suelo son más críticos para PM10. Ninguna ubicación fija de sensor representa adecuadamente ambos tamaños de partículas en el dormitorio y la configuración de ventilación actuales.
Descripción
La exposición interior a material particulado (PM) depende del transporte impulsado por la ventilación, sin embargo, la colocación de sensores en habitaciones reales a menudo se basa en datos puntuales limitados. Este estudio desarrolla y valida experimentalmente un marco CFD transitorio, utilizando flujo de aire RANS acoplado con seguimiento de fase discreta Lagrangiana, para mapear PM2.5 y PM10 en un dormitorio a escala completa de 2.0 x 3.0 x 2.5 m con un ventilador de pedestal fijo y no oscilante y una ventana abierta. El flujo de aire fue verificado por independencia de la malla y validado contra mediciones de velocidad en 10 puntos (RMSE = 0.108 m·s-1). Los experimentos con incienso (~31 min de combustión) proporcionaron series temporales de PM durante los primeros 60 min en 16 ubicaciones a dos alturas; la tasa de emisión, el tiempo de combustión y la tasa de renovación de aire (1.96-5.39 ACH) fueron calibrados para que los modelos aceptados lograran un R2 agregado > 0.90. El mapeo espacial en una malla de 0.5 m muestra que el comportamiento del PM está gobernado principalmente por los bolsillos de acumulación definidos por el flujo de aire en lugar de por la proximidad a la fuente sola. Una región cercana a la fuente capturó consistentemente picos fuertes en tiempos tempranos, mientras que los bolsillos de bajo intercambio remoto permanecieron elevados durante la fase de decaimiento. Para PM2.5, el hotspot más persistente es un bolsillo de recirculación adyacente al techo, mientras que para PM10, el asentamiento gravitacional desplazó los hotspots dominantes hacia regiones de baja velocidad en la capa del suelo. Un puntaje de exposición que combina concentraciones pico normalizadas y promedios temporales, interpretado junto con métricas de persistencia de trayectoria de partículas, distinguió regiones transitadas transitoriamente de verdaderos bolsillos de retención. Los resultados muestran que la colocación de sensores debe seguir el objetivo de monitoreo: las regiones cercanas a la fuente son más sensibles a eventos pico, los bolsillos en el techo son más adecuados para el monitoreo persistente de PM2.5, y los hotspots en el suelo son más críticos para PM10. Ninguna ubicación fija de sensor representa adecuadamente ambos tamaños de partículas en el dormitorio y la configuración de ventilación actuales.