激波诱导甲烷点火化学反应区的可视化实验研究

研究激波诱导甲烷/空气混合物点燃的反应区特征, 对于认识其气相爆轰规律有着重要意义. 在激波管平台上, 进行了当量比甲烷/空气混合物的激波点火实验, 并采用化学发光成像和平面激光诱导荧光(PLIF, planar laser induced fluorescence)等方法得到了不同工况下的反应区特征. 结果表明, 由于在弱点燃工况下诱导区的着火延迟期沿激波传播方向的梯度较小, 给非线性化学反应过程提供了更多的时间, 反应特征出现显著的不均匀性; 而随着激波的增强, 这种不均匀性显著减小, 在强点燃工况反应区呈规则的爆轰波结构. 单脉冲PLIF方法测量的OH基相对分布揭示的反应区特征与文中其他方法的测量结果相一致, 并和前人的相关研究结论相符, 为激波管内激波和气相物质相互作用条件下进行高时空分辨率测量提供了新的方法和思路.     

垂直无碰撞激波中质子的混沌运动和加热

观测资料和理论计算都发现太阳风与高马赫数准垂直无碰撞激波作用后有一部分质子被激波反射.这些质子在垂直于磁场的方向上有很大的速度,它们将在回旋运动作用下再次向下游运动.当这些质子第二次与无碰撞激波相互作用后,大部分会越过激波进入下游区域,导致激波下游的质子呈非Maxwell速度分布.它们还引起下游等离子体温度的各项异性(T_┴/T∥》l),进而激发离子回旋波和镜波.这两种不稳定性造成高马赫数准垂直无碰撞激波的耗散,使激波上游的等离子体动能转化为下游等离子体的热能.McKean等还发现在激波区域存在较大温度各项异性处,同时产生离子回旋波和镜波,并向下游传播.     

泡沫塑料中的激波在固壁上的反射

Keller提出了利用泡沫塑料防护爆炸波对物体的破坏作用的设想。然而实践结果却与预期的相反。例如,穿上泡沫塑料背心的炮手被炮的爆炸波致伤的程度反而更加严重。Monti将泡沫塑料当作均匀的二相介质并按含灰气体理论计算求出从空气中透射进入泡沫塑料中的激波,当其在固壁上反射时,反射激波后的压力峰值,远高于无泡沫塑料防护层时的反射激波后的压力。Gel'fand,Gvozdeva,Patz,Weaver等先后在激波管中进行了实验观察,     

计算氢气/空气混合物着火延迟时间的相关函数

通过利用HDMR 方法构建用于计算氢气/空气混合物着火延迟时间的相关函数. 首先, 通过详细化学反应机理计算得到的不同初始条件(初始温度800~1600 K, 压强0.1~100 atm (1 atm=1.01×10⁵ Pa), 当量比0.2~10)下的氢气空气着火延迟时间数据被用作生成HDMR相关函数的基数据. 在此基础上, 分别构建了全局HDMR 相关函数和分区HDMR 相关函数, 并通过与利用详细化学反应机理得到的结果进行比较, 验证了HDMR 相关函数方法的有效性. 研究结果表明分区HDMR 相关函数更为精确. 因此, 在需要计算化学时间尺度的燃烧模型中, HDMR 分区相关函数方法可以作为详细化学反应机理的一个有效的替代手段.     

异丁醇-空气层流燃烧速率的测定

在定容燃烧弹上, 利用纹影摄影法和球型发展火焰测量了不同燃空当量比, 初始压力和初始温度下异丁醇-空气预混火焰层流燃烧速率. 通过对异丁醇-空气拉伸层流火焰传播速率与拉伸率的关系的分析, 获得了无拉伸火焰层流燃烧速率和马克斯坦长度. 并结合火焰纹影照片分析了火焰传播的稳定性及其影响因素. 结果表明: 随着初始压力的增加, 层流燃烧速率减小; 随着初始温度的增加, 层流燃烧速率增加. 对于给定的初始温度和初始压力, 当量比为1.2处时层流燃烧速率最快. 异丁醇-空气混合气的马克斯坦长度随当量比的增加而减小; 在当量比一定时, 随初始温度和初始压力的增加而减小, 火焰不稳定性随当量比、初始温度和初始压力的增加而增加.     

地球同步轨道磁场和等离子体行为对行星际激波的响应

行星际激波是一个影响全球地空环境包括磁层-电离层时空变化的重要因素. 主要利用1997~2007年的GOES卫星磁场数据和1997~2004年的LANL卫星的等离子体(MPA)数据, 采用个例分析和时间序列叠加的统计分析方法来研究地球同步轨道磁场和等离子体质子(0.1~45 keV)和电子(0.03~45 keV)在行星际激波到达前后3 h内的变化特征以及质子和电子温度各向异性变化可能激发的电磁离子回旋波和电子哨声波. 研究结果表明, 激波锋前到达同步轨道后, 同步轨道总磁场强度在白天扇区(8~16 LT)有明显增强, GSM坐标系下的B_Y分量在激波到达前后几乎无变化, B_Z分量与总磁场变化趋势非常一致. 同步轨道质子密度在夜晚扇区明显增加, 峰值到达1.2 cm⁻³. 质子温度在夜晚扇区增强, 正午之前的扇区(8~10 LT)温度减小. 同步轨道电子密度和温度整体上都是夜晚扇区增强, 白天扇区减弱, 密度峰值为2.0 cm⁻³. 推算出的氧离子密度在激波的影响下黄昏侧密度峰值为1.2 cm⁻³, 并表现出明显的晨昏不对称性. 质子的温度各向异性在正午扇区增强, 夜晚扇区的各向异性明显减小. 在激波锋前到达同步轨道之前, 电子的温度各向异性白天扇区高于夜晚扇区, 在激波锋前到达之后, 正午和黄昏扇区的各向异性几乎不变, 而午夜扇区温度各向异性明显减小. 质子和电子的温度各向异性可能激发电磁离子回旋波和电子哨声波. 根据质子的温度各向异性计算的电磁离子回旋波强度在激波到达后白天扇区(8~16 LT)迅速增加, 最大值为0.8 Hz. 根据电子的温度各向异性计算的电子哨声波在激波到达同步轨道之后表现为白天扇区(8~16 LT)明显增大, 最大值接近2 kHz左右, 夜晚扇区电子哨声波明显减小.     

甲醇-空气-稀释气预混燃烧的数值分析

基于扩展甲醇氧化机理,数值分析了不同氮气稀释比下的甲醇-空气-稀释气的层流预混燃烧特性和火焰结构特性.获得了甲醇-空气-稀释气的层流燃烧速度、质量燃烧流量、绝热火焰温度、全局活化温度、泽多维奇数和有效路易斯数等燃烧特性参数以及层流预混火焰结构信息.研究表明,扩展甲醇氧化机理适用于计算稀燃和化学计量比附近甲醇-空气-稀释气层流预混火焰特性和燃烧化学反应过程.层流燃烧速度和质量燃烧流量随氮气稀释比的增加而减小,且在混合气较稀时受稀释气的影响更明显.混合气有效路易斯数随稀释比的增加而略有增加,火焰锋面热扩散不稳定性被抑制.热膨胀比随稀释比的增加而降低,火焰厚度随稀释比的增加而增加,稀释气的加入抑制了火焰锋面的流体力学不稳定性.稀释气添加导致的反应物浓度下降和火焰温度下降影响了甲醇燃烧火焰结构,降低了甲醛和NOx浓度.     

中央空调复合净化除病毒技术实验研究

对一种高压静电场与紫外线照射相结合的复合净化除病毒技术进行了实验研究, 旨在寻找有效杀死空气中的病毒, 特别是SARS病毒的方法, 为空调系统空气净化处理提供配套技术. 建立了中央空调室内环境模拟系统, 利用超声雾化噬菌体储备液形成稳定的病毒气溶胶源, 用明胶与素琼脂双层平板通过气流冲击法回收噬菌体, 以检测净化装置除尘、杀病毒效果. 结果表明, 采用该技术在实际应用中对PM₁₀的过滤系数在86%以上, 在试验系统中的除病毒效率可达95%. 通过本课题研究建立了试验平台, 并获得了工程应用验证.     

甲醇-空气-稀释气预混燃烧的数值分析

基于扩展甲醇氧化机理, 数值分析了不同氮气稀释比下的甲醇-空气-稀释气的层流预混燃烧特性和火焰结构特性. 获得了甲醇-空气-稀释气的层流燃烧速度、质量燃烧流量、绝热火焰温度、全局活化温度、泽多维奇数和有效路易斯数等燃烧特性参数以及层流预混火焰结构信息. 研究表明, 扩展甲醇氧化机理适用于计算稀燃和化学计量比附近甲醇-空气-稀释气层流预混火焰特性和燃烧化学反应过程. 层流燃烧速度和质量燃烧流量随氮气稀释比的增加而减小, 且在混合气较稀时受稀释气的影响更明显. 混合气有效路易斯数随稀释比的增加而略有增加, 火焰锋面热扩散不稳定性被抑制. 热膨胀比随稀释比的增加而降低, 火焰厚度随稀释比的增加而增加, 稀释气的加入抑制了火焰锋面的流体力学不稳定性. 稀释气添加导致的反应物浓度下降和火焰温度下降影响了甲醇燃烧火焰结构, 降低了甲醛和NO_x浓度.     

环北京春季大气气溶胶分布、来源及其与CCN转化关系的飞机探测

利用2009年春季开展的"环北京云观测试验"(Beijing cloud experiment,BCE)观测的气溶胶和云凝结核(CCN)数据,研究了试验期间大气气溶胶的分布、来源特征及其与云凝结核(CCN)的转化关系.结果表明,高浓度气溶胶基本分布在4500 m以下的区域,量级可以达到103个/cm3.4500 m以上气溶胶呈显著下降趋势,仅为101个/cm3的量级;气溶胶平均直径在0.16~0.19μm之间.4500 m以下气溶胶平均粒子谱呈双(多)峰分布,而在4500 m以上基本为单峰分布.受气溶胶的来源特性差异的影响,在0.3%的过饱和度下,4500 m以下气溶胶转化为CCN比例不到20%,但在4500 m以上可高达近50%.气团移动轨迹显示,4500 m以上的大气高层均受到来自沙尘等较大尺度粒子的影响,飞机观测的高CCN浓度说明这种较大尺度气溶胶粒子可溶性较大.而4500 m以下的低层,由于受到局地或区域地面污染的影响,气溶胶的尺度较小,核化为CCN的过饱和度要求较高,因此气溶胶到CCN的转化率低.本文建立了气溶胶浓度和CCN浓度的拟合关系.     

柴油机排气稀释过程中挥发性纳米颗粒形成和变化特性

建立了描述柴油机排气稀释过程中挥发性纳米颗粒形成和变化的H2SO4-H2O二元均相成核和气溶胶动力学耦合模型.利用该模型模拟计算H2SO4-H2O二元均相成核作用下分子团簇的生成率和团簇粒径等参数,以及分子团簇向挥发性纳米颗粒转化过程的气溶胶动力学作用;并考察了燃料硫含量和实验室内稀释采样条件变化对柴油机排气中挥发性纳米颗粒数浓度粒径分布的影响.研究表明:H2SO4-H2O二元均相成核作用产生大量分子团簇,燃料硫、温度、湿度对分子团簇的生成率和团簇粒径产生显著影响.凝并作用使成核作用产生的分子团簇由单分散系向多分散系转化,形成挥发性纳米颗粒;凝结作用进一步促进颗粒向大粒子方向迁移,排气中碳烟粒子会抑制挥发性纳米颗粒的形成;燃料硫含量和稀释参数(初级通道内混合气稀释比、温/湿度和停留时间)等均显著影响挥发性纳米颗粒的数浓度粒径分布.     

北京冬季PM1中有机气溶胶的高分辨率气溶胶质谱观测

有机气溶胶(OA)是大气细粒子中的重要组分,其化学组成和来源的识别对有效控制颗粒物污染水平具有重要意义.利用高分辨率气溶胶飞行质谱对北京2010年冬季亚微米气溶胶(PM1)中OA质量浓度和粒径分布进行了高时间分辨率(5min)的在线测定,以了解其化学特征及来源.结果表明,北京冬季OA的平均浓度为20.9±25.3ug/m3,最小值与最大值分别为1.9和284.6ug/m3.OA的H/C,O/C,N/C的摩尔比分别为1.70,0.17和0.005,相应的OM/OC(有机物和有机碳的质量比)为1.37.OA的粒径分布范围较宽,在积聚模态450nm附近有明显的峰值,而对超细粒子(Dva<100nm)的贡献主要来自燃烧源的一次排放.北京冬季的OA主要分为3类:烃类有机气溶胶(HOA)、烹饪类有机气溶胶(COA)和氧化性有机气溶胶(OOA),分别占OA的26.9%,49.7%和23.4%.HOA和COA分别来自燃烧源和烹饪源排放的一次有机气溶胶(POA),而OOA则对应着"老化"的二次有机气溶胶(SOA).     

生物气溶胶的昨天、今天和明天

生物气溶胶在环境与健康、大气环境、生物反恐、传染病、公共卫生、生态环境、气候变化以及食品安全等方面均有重要影响.过去10年,国内外生物气溶胶领域研究方向、研究对象、研究人员发生了巨大变化.例如,从事大气化学研究专家学者也陆续开展生物气溶胶研究等.生物气溶胶的研究手段也日新月异,其中新型生物气溶胶监测技术、捕获系统、各种生物传感器、微流控技术以及高通量测序等技术使得科学界对空气中的微生物有了更多新的认识.人体生物气溶胶排放与室内微生物健康效应等成为了当前研究热点之一,包括对大气颗粒物的氧化潜势的影响.由气溶胶传播导致的呼吸系统感染仍然是危害人类生命的一大杀手,特别是对于低龄儿童.呼吸道病原体的快速高通量筛查目前已取得了重要进展,然而病原体在空气中的传播致病机理、大气污染对其活性的影响、有效传播距离等依然存在争议.局部地区军事冲突风险加剧,生物气溶胶形式的大规模杀伤性武器的使用风险也在升高.此外,空气中耐药基因成为新一类生物污染物,其传播也得到了广泛的关注.通过集成空气采集、微流控以及多种生物传感器,科学界在生物气溶胶的实时在线甄别、生物预警方面迈出了重要的一步.呼出气生物气溶胶也越来越被用来研究疾病的早期诊断筛查,其中在医院环境中传播导致的感染受到特别关注.在生物防护与灭活控制方面,如低温等离子体与纳米材料滤膜的研究,科学界也取得了进步.该综述对生物气溶胶的过去、现在以及未来发展态势和前沿研究方向进一步凝练、讨论,指出存在的科学问题与技术挑战.未来通过进一步加强多学科的交叉合作,包括军民融合,有望使得生物气溶胶的研究迈上新的台阶.     

室内空气中致病微生物的种类及检测技术概述

生物气溶胶是存在于空气中的微小生物组分,主要包含各类真菌、细菌及其代谢产物、病毒、花粉等.室内空气中生物气溶胶含有丰富的致病成分,并且这些致病成分已经引发了各种健康问题,因此受到了人们的广泛关注.各类流行性疾病的发生也促使研究者更加致力于生物气溶胶的相关研究工作.探究室内空气中的致病微生物的种类分布、可能的释放源头以及有效的检测方法,对降低生物气溶胶危害风险、实现室内致病性生物气溶胶的有效控制有重要意义.本文将从室内空气生物气溶胶可引发的疾病角度对其种类和危害展开概述,同时,也对室内生物气溶胶的可能来源以及检测方法进行了详细的讨论,旨在帮助人们了解室内生物气溶胶与人类健康之间的关系,同时为相关微生物的重点检测和防治提供有价值的信息.     

呼吸道传染病气溶胶传染致病机理及预测方法

近十多年来,多次爆发的呼吸道传染病反复说明了控制呼吸道传染病的重要性.病人呼出的微生物气溶胶包含大量携带病原体的飞沫和飞沫核,它们是呼吸道传染病传播的重要载体.本文就病人呼出气溶胶的蒸发、散布特性及微生物在其中的凋亡特性展开了讨论,总结了呼出气溶胶散布机理以及预测方法的研究进展,特别是2003年严重急性呼吸综合征(SARS)爆发后的多学科综合研究进展.阐述了飞沫传播、短距离空气传播和长距离空气传播疾病的传播特性、致病机理和相关的风险预测模型,并根据致病机理给出了感控预防措施.本综述更新了目前对呼吸道传播疾病的理解,为制定呼吸道传染病的预防和控制措施打下基础.     

应用高分辨气溶胶质谱在线测定有机气溶胶元素组成

有机气溶胶是大气颗粒物的重要组成部分,其密度、吸湿性和蒸气压等性质都与其元素组成密切相关.本研究应用国际上新建立的高分辨气溶胶质谱法,实现了对我国大气有机气溶胶元素组成的高时间分辨率(10min)的在线测定.结果表明,深圳夏季城市大气PM1有机物中C,H,N,O分别平均占原子数的35.0%,53.8%,0.9%和10.4%,相应的OM/OC(有机物和有机碳的质量比)为1.55;北京夏季城市大气PM1有机物中C,H,N,O分别平均占原子数的34.8%,51.6%,0.8%和12.7%,相应的OM/OC为1.64.OM/OC与O/C呈现出高度相关性,说明OM/OC主要决定于有机气溶胶中的含氧量.深圳和北京夏季O/C总体上表现出白天高、夜间低的日变化规律,且在早中晚分别出现3个短时低值,鲜明地反映出有机气溶胶的一次和二次来源构成比例的变化趋势.今后对有机气溶胶的O/C开展深入研究对于准确掌握我国大气气溶胶的来源和理化性质将起到重要作用.     

遥感延伸了我们的视野

自古以来人类就想看得更远,看到我们的肉眼不能及的地方。我国四川三星堆出土的两千多年前的铜人伸长变形的眼睛就表达了这种愿望,传说中的“千里眼”、“顺风耳”也是这个意思。遥感是从英文“Remote Sensing”翻译过来的,就是“远距离的感知”的意思。“遥感”可理解为感知在遥远的地方我们无法直接接触的目标。地球上的每一个物体都在不停地吸收、发射和反射信息和能量,其中有一种人类已经认识到的形式——电磁波。不同物体的电磁波的波谱特性是不相同的,遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁波的辐射和反射能量,从而提取这些物体的信息,完成远距离识别物体。例如,大兴安岭森林火灾发生的时候,由于着火的树木温度比没有着火的树木温度高,它们在电磁波的热红外波段会辐射出比没有着火的树木更多的能量,这样,载有热红外波段传感器的卫星拍摄到的影像,其着火的森林就会显示出比没有着火的森林更明显的红色调。这个例子简单地说明了遥感的基本原理和过程。遥感大体可分为地面遥感、航空遥感和航天遥感。地面遥感主要指以高塔、车、船为平台的遥感技术系统,地物波谱仪或传感器安装在这些地面平台上,可进行各种地物波谱测量。航空遥感泛指从飞机、飞艇、气球等空中平台对...     

华北地区气溶胶对区域降水的影响

利用长期的地面降水和能见度资料, 分析了华北地区人为气溶胶对区域降水的可能影响. 首先, 根据1960~1979年的旬降水量资料, 用包含显著性检验的聚类方法对研究区域内的自然降水量(这段时间被认为是没有受人为气溶胶污染的影响, 其降水被称为是自然降水量)进行分区, 同一个分区内, 降水的气候特征是相似的, 从而建立起分区中各个测站之间降水量的回归关系. 其次, 利用1990~2005年的能见度资料分析这些测站的能见度变化率, 选择能见度变化率的绝对值小于0.1 km/a的站作为参考站, 认为这些站没有受人为气溶胶污染的影响. 在上述每个分区内, 用参考站的降水量估算其他站的自然降水量, 实际降水量与该估计值之差即认为是由于人为气溶胶污染造成降水的减少量. 用1990~2005年的旬降水资料做了这种分析, 得到这段期间中每个测站由于人为气溶胶污染造成的降水减少总量, 并用统计检验方法证明这种减少是显著的, 从而得到人为气溶胶污染确实是使局地降水量减少的结论. 这一现象对夏季的降水较为明显, 可以认为局地的人为气溶胶通过对流活动影响到对流云的降水效率.     

用蒙脱石粘土制备多分散相难溶固体微球气溶胶的研究——粘土某些理化性质的影响

固体气溶胶是指固体微粒以空气为介质的悬浮物,这种固体微粒在重力作用下的沉降速度小于几何直径相当于3.5μm和密度相当为1的球形粒子的沉降速度。由于粘土具有许多优点,因此,用粘土制备成的气溶胶常用于生物学和医学研究的吸入实验中,其中天然蒙脱石粘土是制备微球气溶胶的理想原材料之一。     

卫星遥感研究中国气溶胶光学厚度、NO_2和SO_2的相关性

利用2005~2014年Aqua MODIS和Aura OMI卫星遥感的气溶胶光学厚度(AOD)、对流层二氧化氮(NO_2)、二氧化硫(SO_2)柱积分浓度,通过相关性研究分析了这两种气象前体物对中国不同地区气溶胶的影响.结果表明:(1)在中国绝大部分地区,AOD与NO_2和SO_2空间分布存在显著正相关(95%信度),说明NO_2和SO_2通过形成二次气溶胶而显著影响总气溶胶浓度.在日尺度上,卫星观测AOD与NO_2,SO_2的时间相关性不可靠.(2)AOD/NO_2和AOD/SO_2的线性拟合斜率存在较大地区差别:在黑吉辽、晋鲁豫、川渝黔等城市化程度相对较低的区域,AOD/SO_2的斜率显著小于AOD/NO_2斜率,表明这些地区气溶胶仍是以硫酸盐性为主、NO_2的贡献相对较小;而在京津冀、江浙沪、广东等现代化都市群附近,AOD/NO_2和AOD/SO_2斜率较为接近,表明这些地区气溶胶是以硫酸盐/硝酸盐混合性为主.(3)AOD/NO_2和AOD/SO_2的线性拟合斜率存在明显的季节变化,一般是在夏季最大、冬季最小,这可能与气温、冬季取暖、春季沙尘等有关;近10年来,这两种斜率在各地区基本没有体现出显著的年际变化趋势,但在川渝黔地区,AOD/NO_2斜率有微弱的升高趋势.本研究的结果,一方面可以弥补地基观测资料在时空覆盖上的不足,另一方面可以为相应的大气污染模式评估提供参考.