纤维表面气溶胶粒子沉积与反弹行为数值模拟

在单纤维表面粉尘树枝生长随机模拟基础上,采用Dahneke碰撞反弹模型分析纤维过滤中气溶胶粒子碰撞反弹行为.讨论捕集体近壁区粒子碰撞反弹运动特性及其对沉积物形态结构和过滤单元捕集效率的影响.研究结果表明:随着粒子直径增大,粒子与纤维表面的碰撞反弹频率增大;输送粒子与沉积粒子发生多次碰撞反弹后仍有可能被捕集;所有过滤工况下,粒子碰撞反弹频率增大,均将导致沉积物向紧密结构演变;引入粒子碰撞反弹作用后,较低拦截参数下过滤单元捕集效率随沉积量的变化关系呈现出两阶段性特征,各阶段的变化关系仍满足近似线性,而较高拦截参数下过滤单元捕集效率随沉积量的变化关系未出现此特征;在相同黏附能下,多分散粒子的捕集效率均高于单分散粒子情形.     

针阵列对板电晕放电捕集微细颗粒物研究

研究了采用针阵列对板电晕放电对粒径在0.3～10.0μm之间的微粒进行捕集的捕集效率.研究中利用洁净空气量分析其捕集效果,利用Deutsch公式计算微粒的有效驱进速度,根据实验结果和静电除尘理论,分析得到引起捕集效率高的原因是放电区电场强度高,则快速电子密度高,使微粒有效荷电,同时荷电微粒的驱进速度高;针到板之间的间距窄,则荷电微粒的定向运动距离短、电场对其的捕集时间短;直流供电提供稳定的电场,相对于变化的电场来说放电区气流相对稳定,利于荷电微粒定向运动.     

植物叶片表面捕集气溶胶粒子特性数值分析

为研究单叶片植物表面捕集气溶胶粒子的效率与叶片长度、风速及迎风角的关系,采用数值方法在相似理论基础上求解描述植物叶片表面绕流特征的Navier-Stokes方程,考虑粒子布朗扩散和惯性碰撞捕集机理的联合作用,应用拉格朗日法追踪粒子运动轨迹信息,求解捕集机理联合作用下植物叶片表面粒子的捕集行为。由数值分析结果拟合出捕集效率与叶片长度、风速及迎风角度的关联式,并对迎风角、风速和粒径对捕集效率的影响进行分析。结果表明:无论是小粒子(d_p1.0μm)的扩散捕集还是大粒子(d_p1.0μm)的惯性捕集,风速、迎风角和粒径对捕集效率均有影响。对于小粒子,捕集效率随粒径、风速的增大而减小,迎风角对布朗扩散捕集效率的影响并不显著;对于大粒子,捕集效率随粒径、风速及迎风角的增大而增大。     

方形截面纤维惯性与拦截耦合捕集效率数值计算与分析

采用数值方法计算方形截面纤维的过滤阻力和粒子的惯性与拦截耦合捕集效率。分析讨论纤维迎风角度(θ)和填充率(C)对粒子惯性与拦截耦合捕集效率、过滤阻力以及粒子沉积分布的影响。结果表明,纤维迎风角度对粒子捕集效率、过滤阻力的影响较弱,但对粒子沉积分布的影响显著。对于以拦截为主导捕集机理的小粒子过滤,方形纤维的捕集效率明显高于圆截面纤维,综合过滤性能更优。而对于大粒子过滤情形,方形纤维未表现出更优的过滤性能。在粒子惯性与拦截捕集机理均起重要作用时,迭加捕集效率严重低估了实际纤维的过滤效率。     

柴油机颗粒捕集器中流场的三维数值研究

柴油机颗粒捕集器是能够有效减少颗粒物排放的装置,而颗粒捕集效率很大程度取决于其内部的气流分布。基于体积平均法建立了捕集器内的三维流体模型,并对流场分布进行分析。在六种入口轴向速度下,研究了进排气通道的平均轴向速度以及多孔壁面的平均渗流速度特点。结果表明:进气通道的平均速度非线性减小,排气通道平均速度非线性增大,交叉点之后平均速度的变化明显加快;多孔壁面的平均渗流速度先减小后增大;进、排气通道平均轴向速度交叉点以及多孔壁面平均渗流速度的最小值出现在捕集器中心处之后。     

考虑反弹行为的单纤维过滤稳态捕集效率的数值模拟

采用稳态单纤维表面粉尘树枝生长随机模拟,并考虑纤维过滤中气溶胶粒子碰撞反弹行为,讨论稳态下斯托克斯数(St)与哈梅克常数(H)对粒子运动轨迹的影响,计算分析了St与H对稳态单纤维捕集效率的影响.研究结果表明:当H值一定时,考虑反弹的捕集效率与不考虑反弹的捕集效率可以按斯托克斯数临界值St_c为分界点写成分段函数,通常1.0≤St_c≤3.5,在St≤St_c的阶段,考虑反弹的捕集效率与不考虑反弹的捕集效率相等,且与文献研究结果基本吻合;在StSt_c阶段,考虑反弹的捕集效率小于不考虑反弹的捕集效率,需对文献研究结果进行修正,修正结果为文献研究结果乘以反弹系数k,k是St、拦截系数Rp、填充率c及H的函数.     

方形通道内流体流动的耗散粒子动力学并行计算

利用耗散粒子动力学(DPD)对方形通道内流体流动进行了模拟.通道壁面由3层粒子组成.在壁面附近实施了无滑移边界条件,在流动方向实施了周期性边界条件.计算中对每一颗粒子施加重力,从而驱动整个流体流动.计算结果表明,流体充分发展的速度分布与基于N-S方程的数值模拟结果一致.并行计算结果表明,DPD很适合于并行计算.与每个节点所处理的总的粒子数目相比,只有少数粒子参与通信,因此能够获得较高的并行效率.当节点数目为18时,并行效率仍然在80%以上.     

拟蒙特卡罗自适应粒子滤波的机载无源定位算法

为了加快无源定位速度,提高定位精度和滤波算法的稳定性,提出一种基于拟蒙特卡罗自适应高斯粒子滤波的机载无源定位算法.利用拟蒙特卡罗积分技术优化采样粒子在状态空间中的分布特性,降低积分误差,提高滤波精度,并且根据预测粒子在状态空间中的分布情况实时自适应调整下一次滤波所需的粒子数,减少冗余粒子,在保证滤波精度的同时有效地提高了算法的运行效率.将所提算法应用于机载无源定位系统,仿真结果验证了该算法的有效性.     

一种改进的高效粒子水平集法及其应用

针对传统粒子水平集法效率较低,难以应用于复杂工程问题的不足,基于积分平均法及局部粒子初始化方法提出一种改进的高效粒子水平集法.将虚拟粒子引入水平集法不仅可以抑制数值扩散,而且可以降低传统方法对高精度离散格式的依赖性,从而使得引入低阶、高效的积分平均法后界面捕捉精度仍保持二阶.通过将粒子布置于界面局部曲率较大的区域,有效地提高了粒子对界面的修正效率,增加了界面光顺性.改进的高效粒子水平集法能保持良好的鲁棒性,在保证界面捕捉精度的同时显著提高计算效率,计算效率约提高90%.     

微米木纤维纹孔对超微粒子稳态捕集效率的模拟

微米木纤维纹孔对柴油车排放的动力学当量直径为0.01～1 μm的超微粒子具有较强的吸附作用,可有效降低柴油车尾气中PM_2.5的排放量。利用微粒浓度控制方程及纤维捕集理论,将纹孔周围的捕集介质假设为圆柱体,对微米木纤维纹孔处的稳态捕集效率进行数值分析。结果表明:微米木纤维对直径为0.4～0.6 μm的粒子捕集效率相对较低,对其他粒径粒子的捕集效率较高,其中对粒径趋近于0.01 μm微粒的捕集效率可达90%以上,对柴油车超微粒子的捕集有显著作用。在捕集效率的影响因素中,表面渗流速度的降低和管胞壁厚的增加都会提高木纤维的过滤效率,而排气温度对捕集效率的影响较小,可忽略不计。     

基于多特征参数的OMI遥感产品气溶胶分类研究 ——以广东省为例

为了解决气溶胶分类精度低和特征参数冗杂的问题,基于OMI(Ozone Monitoring Instrument)遥感产品的气溶胶特征参数,利用随机森林算法,将广东省2014年的气溶胶类型划分为沙尘型气溶胶(Desert Dust, DST)、生物质燃烧型含碳气溶胶(Carbonaceous Aerosols Associated with Biomass Burning, CRB)和硫酸盐型城镇-工业气溶胶(Sulfate-based Urban-industrial Aerosols,SLF)3种类型. 并统计分析随机森林以及特征参数的重要性,将分类结果的空间分布与OMI气溶胶类型产品的空间分布进行对比. 结果表明:(1)随机森林算法仅需少量训练样本点即可达到97%以上的总体分类精度. (2)通过计算不同气溶胶特征参数在随机森林分类过程中的重要性高低,得到重要性排名前六的特征参数依次为α指数、UVAI、RI₃₈₈、RI₃₅₄、SSA₅₀₀、AAOD₅₀₀,表明在分类过程中,气溶胶粒径分布和吸收能力起到了最关键的作用. (3)3种气溶胶类型的空间分布显示,SLF型气溶胶为广东省最主要的气溶胶类型;DST型和CRB型气溶胶在珠三角地区占比最高,在粤东、粤北地区的占比最低.     

安全壳过滤排放系统中固体粉末气溶胶发生装置设计与性能研究

 在进行安全壳过滤排放系统对气溶胶过滤性能的测试实验时,针对现有固体粉末气溶胶发生装置不能用于高压配送系统的缺点,本文设计了一种能够应用于高压系统、黏性粉末配送的双筒多级流化循环型气溶胶发生装置,它不仅能够配送满足要求的气溶胶,还实现了高压在线连续供粉功能。经过实验验证,气溶胶配送量的相对误差在15%以内,满足研究要求。     

兰州皋兰山顶春季大气气溶胶的监测与分析

对兰州皋兰山顶春季大气气溶胶连续采样，得到了大气背景、浮尘、扬沙、沙尘暴等不同天气条件下的气溶胶质量浓度．通过沙尘天气的过程分析，得到不同沙尘天气条件下，TSP浓度的时间变化规律．与兰州大学小二楼顶的监测数据进行比较分析，可以看出兰州市的污染状况和TSP的时空分布．通过各类沙尘天气不同粒径气溶胶粒子的浓度分析，发现气溶胶粒子粒径的分布规律和气溶胶来源不同．     

A modeling study of aerosol effects on cloud radiative property and precipitation

A two-moment (mass and number) warm cloud scheme together with ground and aircraft measurements over Beijing is used in a regional model to study the effects of aerosols on cloud radiative property and precipitation.Using a prescribed tri-modal lognormal aerosol size distribution,the aerosol numbers are calculated from prognostic aerosol masses,for which advection,diffusion,and cloud drop activation/deactivation are considered.Specifically,the accumulation mode of a tri-lognormal aerosol size distribution i...     

Size distribution and element composition of dust aerosol in Chinese Otindag Sandland

Dust aerosol is one important component of atmos-pheric aerosols, and plays important roles in the Earth’s climate system and the biogeochemical cycle. Large amounts of dust aerosols produced from windblown soils and deserts are emitted annually into the atmosphere and transported over long distance to downwind land and ocean areas[1]. The deserts and desertification soils in northern China are important sources of East Asia dust aerosols. It is estimated that 800 Mt of dust aerosols emit-t…     

广东省气溶胶时空演变及后向轨迹分析

以广东省2010-2019年中分辨率成像光谱仪(MODIS)气溶胶产品为数据源,对广东省近10 a的气溶胶光学厚度(AOD)进行时空演变趋势探索和空间异质性分析.通过历史空气质量监测数据,筛选出东莞市典型气溶胶粒子污染事件,并对其进行3个高度上的大气污染物72 h后向轨迹分析.结果表明:在时间上,近10 a广东省气溶胶变化总体上呈现下降和不变的趋势;而在空间上,主要呈现“北低南高”的分布特征,自相关性显著.后向轨迹表明,广东省所受到的大气污染源自不同的高度层,受到台风和季风的影响,以及受到海洋和陆地气溶胶共同作用.     

美国国家实验室钚气溶胶研究进展

 钚气溶胶主要来源于核武器试验与核反应堆事故,这两种方式产生的粒子直径差异较大。钚气溶胶研究在核试验数据分析、核武器扩散监督、核取证分析、核安全监测、核能源开发等方面意义重大。本文综述了洛斯-阿拉莫斯（LANL）、劳伦斯-利弗莫尔（LLNL）、桑迪亚（SNL）、太平洋西北（PNNL）、橡树岭（ORNL）、阿贡（ANL）、爱达荷（INL）等7个美国国家实验室对钚气溶胶物化性能的相关研究进展,涉及气溶胶特性表征、动力学粒径分布、滞留时间、仪器分析、收集与取样、形成机理等内容。研究现状表明,钚气溶胶在不同场景下的物化行为数据有限,实验验证难度大,仍然是一个充满挑战的难题。     

Distribution and origin of aerosol and its transform relationship with CCN derived from the spring multi-aircraft measurements of Beijing Cloud Experiment (BCE)

The atmospheric aerosol distribution,source and relationship with cloud condensation nuclei(CCN) observed during the Beijing Cloud Experiment(BCE) are analyzed.The results show that the high number concentrations of aerosol mainly distributed below 4500 m,and the magnitude could reach to 103 cm 3.Above 4500 m,the aerosol number concentrations decreased to 101 cm 3 as the altitude increases,and the aerosol mean diameters were between 0.16 and 0.19 μm.Below 4500 m,the number size distributions of aerosol showed a bimodal(multimodal) mode,and an unimodal mode above it.Due to the different sources of aerosol,the conversion ratios of aerosol to CCN were less than 20% below 4500 m,and reached 50% above the level at 0.3% supersaturation.The back trajectories showed that aerosols at higher levels above 4500 m were strongly affected by large-size particles and those below 4500 m were strongly affected by local or regional pollution.Based on observations,a relationship between the CCN number concentration and aerosol number concentration is established.     

A satellite view of aerosols in the climate system

Anthropogenic aerosols are intricately linked to the climate system and to the hydrologic cycle. The net effect of aerosols is to cool the climate system by reflecting sunlight. Depending on their composition, aerosols can also absorb sunlight in the atmosphere, further cooling the surface but warming the atmosphere in the process. These effects of aerosols on the temperature profile, along with the role of aerosols as cloud condensation nuclei, impact the hydrologic cycle, through changes in cloud cover, cloud properties and precipitation. Unravelling these feedbacks is particularly difficult because aerosols take a multitude of shapes and forms, ranging from desert dust to urban pollution, and because aerosol concentrations vary strongly over time and space. To accurately study aerosol distribution and composition therefore requires continuous observations from satellites, networks of ground-based instruments and dedicated field experiments. Increases in aerosol concentration and changes in their composition, driven by industrialization and an expanding population, may adversely affect the Earth's climate and water supply.     

液体气溶胶粒子间相互作用的仿真研究

针对气溶胶在大规模场地试验会耗费大量的人力物力成本的问题，同时气溶胶本身具有的有害影响不可控，为了提高试验的效率和保证试验的安全可靠性，本文采用CFD软件对气溶胶形成及扩散过程进行计算机仿真研究.本文首先对气溶胶混合气形成的过程进行数值模拟研究，搭建物理和数学模型模拟液态气溶胶生成过程，通过加入气溶胶注入器数目模拟多个气溶胶来源之间的相互影响；再将气溶胶连续注射到立方体模型中，分散气溶胶的浓度被允许自然衰减一段时间.结果如下：当液态气溶胶进入到环境中时，随着时间的推移液态气溶胶在环境中扩散，并且在中下部聚集；当环境压强增加时，扩散速率会有减少.分析仿真结果得出，液态气溶胶模型可以作为一种有效的工具，用于合理分析液态气溶胶扩散所造成的影响.