水平和下旋气流对初始气溶胶运动的影响

该文考虑液滴的碰撞和破碎以及水平和下旋气流的影响,采用离散相模型对空中释放的气溶胶云团在开放空间中的气液两相流流场进行仿真,获得气溶胶颗粒群的运动规律,并进行了实验验证。由仿真模拟和实验可知,在水平和下旋气流速度均较小(小于1 m/s)、喷射角度大于30°、初始粒径为100μm、喷射速度约为80 m/s时,释放形成的气溶胶颗粒在短时间内可沉降至地面附近;当水平气流速度增大至3 m/s时,同样条件下释放的气溶胶颗粒更容易在空气中悬浮,不易沉降至地面。在上述两种情况下,喷射角度和下旋气流速度越大,气溶胶颗粒越容易沉降至地面附近。     

复合电场对可吸入气溶胶颗粒凝并的影响

在高压高频复合电场和过滤器联合作用对空气进行净化时,建立了可吸入气溶胶颗粒凝并的数学物理模型,得出了半值时间tH的表达式,同时,设计了一套试验装置对理论模型进行验证.研究结果表明,随着可吸入气溶胶颗粒初始浓度的增加,半值时间tH减少,气溶胶颗粒浓度减半所需的换气次数减少.与只有过滤器作用时的理论模型比较,高压高频复合电场和过滤器联合作用时的半值时间tH减少了,缩短了空气的净化时间.研究结果为工程设计提供了理论和试验基础.     

双模态颗粒声凝并微观行为的数值模拟

考虑颗粒间多种相互作用机理及颗粒碰撞后的凝并与反弹机制，建立声凝并微观动力学模型，对大粒径外加颗粒及两个邻近的亚微米细颗粒之间的声凝并微观行为进行数值模拟研究。结果表明，双模态颗粒声凝并行为主要表现为外加颗粒仅与一个细颗粒发生凝并，以及外加颗粒先后与两个细颗粒发生凝并，声尾流效应、重力沉降作用是双模态颗粒声凝并的重要机理。随着外加颗粒初始位置与波节间距的增大，外加颗粒与较近细颗粒的平均凝并时间变化很小，两者形成的团聚体与较远细颗粒的平均凝并时间显著缩短；外加颗粒距离波节很近时，其仍能与较近的细颗粒发生凝并。对于外加颗粒与较近细颗粒以及两者形成的团聚体与较远细颗粒的凝并，随着外加颗粒直径的增加，平均凝并时间显著缩短，凝并概率先增加而后趋于恒定。     

高固含固液搅拌槽内颗粒悬浮与混合特性

对高固含体系下Intermig桨搅拌槽内的桨叶搅拌性能以及颗粒的混合与悬浮特性进行实验研究.采用光导纤维技术对不同桨径、搅拌转速和桨叶离底距离下搅拌槽内底部以及轴向颗粒密度进行测量,同时对临界悬浮转速和搅拌功率进行测定.实验结果表明:对高固含液-固搅拌体系,所采用的Intermig搅拌桨具有很好的轴向混合特性,该桨适合在较大的桨径和较低的桨叶离底距离下应用,可在促进颗粒悬浮与均匀分布的同时,大大降低功率消耗.通过对实验结果的分析和拟合得出底部均匀度与搅拌槽内弗劳德数有关,Q=0.58Fr-0.35,Intermig搅拌桨功率准数在0.2 ～0.3之间,且与雷诺数关系为NP=2.1Re-0.2.     

永久磁铁放电极电晕放电的磁增强放电特性及其对细小粉尘荷电的影响

研究了一种新型的磁增强预荷电技术,采用永久磁铁作为预荷电器的放电极,提高对微小气溶胶颗粒的荷电效率.对永久磁铁放电极的放电特性进行了测量,并与传统的放电极进行了比较.还分别采用传统的预荷电器和新型的永磁放电极电晕放电预荷电器对细小气溶胶颗粒进行荷电,并对其伏安特性曲线和除尘效率进行了测量和比较,初步分析了永磁放电极电晕放电预荷电器的荷电机理, 极间区域自由电子和负离子浓度的增加,有效地增强了离子的扩散荷电机制和自由电子的荷电机制.因此这种新型的磁增强预荷电技术在捕集细小气溶胶颗粒方面有着广泛的应用前景.     

火灾烟雾颗粒的光学散射特性研究

从理论和实验两个方面研究了几种常见的燃烧烟雾在不同波长激光下的散射特性。从Mie散射理论出发，比较几种Mie散射算法的优缺点，采用一种改进的连分式算法对火灾烟雾颗粒的散射光强分布进行计算，得出不同粒径大小和波长下光强分布图。结合理论计算，设计一套实验装置，测量并计算在不同角度下3种烟雾颗粒和面粉气溶胶散射光的相对光强比，实验测量值与理论计算值吻合较好。研究结果表明不同种类烟雾散射光相对光强比互不相同，火灾烟雾与非烟雾气溶胶差距较大，从而表明散射光相对光强比是区分不同烟雾特定的物性参数，为火灾烟雾探测技术发     

种子颗粒联合声波凝并微细颗粒的研究

为了研究种子颗粒联合声波凝并微细颗粒的效率,将颗粒群平衡模型与欧拉多相流模型进行耦合,通过用户自定义函数引入声波凝并核函数,采用数值仿真,在颗粒粒径及流速一定的情况下,分别研究了声频、声压级、停留时间和初始粉尘浓度对种子颗粒联合声波凝并效率的影响.仿真结果表明:微细颗粒总凝并效率受声频的影响较大,存在一个最佳凝并声频,且高频声波有利于小颗粒的凝并,低频声波则有利于大颗粒的凝并;声压级越大,微细颗粒振动幅度越大,凝并效率越高;延长停留时间有利于提高微细颗粒间的碰撞机率,促进凝并的发生;初始粉尘浓度的增加能有效地提高微细颗粒的总凝并效率,且最高凝并效率处在初始峰值粒径附近.上述仿真结果与试验结果一致.     

火灾烟颗粒粒径分布变化模拟研究

实验测量5种标准火烟颗粒分布变化,联合Moment法和FDS对火灾烟雾运动的模拟,实现烟颗粒粒径分布动态变化的预测.对正庚烷试验火(TF5)烟雾颗粒分布模拟中,烟颗粒数总浓度的衰减趋势与实验结果一致,比不考虑凝并和凝并系数为定值时的结果更合理.模拟烟颗粒几何平均粒径缓慢增长,分布展宽,在前300s内,粒径分布参数变化很小,呈自保趋势,与实验一致.烟颗粒的凝并速率对初始几何平均粒径、初始总浓度和不规则的形貌更敏感,烟颗粒数浓度的衰减随凝并系数增大而加快.热释放速率和初始烟颗粒几何平均粒径的确定决定烟雾浓度的量级和预测的准确性.     

有限系统中两组分颗粒凝并问题的异权值蒙特卡罗模拟

对于两组分颗粒系统,某组分A在整个颗粒群中的混合均匀程度是一个非常重要的物理量。采用异权值蒙特卡罗方法研究有限系统中凝并核与组分相关的两组分颗粒凝并混合程度问题。首先,验证了核函数齐次性指数λ对系统凝并混合的影响,并得到了有限系统中分散指数与λ的变化规律。其次,发现并总结了有限系统中考虑不同组分间吸引或排斥作用时颗粒凝并混合规律:临界时间之前系统在吸引排斥因素以及核函数的共同作用下发生颗粒凝并,且排斥作用的影响远远大于吸引作用的影响;临界时间之后系统在核函数的单独作用下进行颗粒凝并,排斥或吸引作用的影响可以忽略不计。最后,拟合得到了临界时间与吸引排斥指数α的幂函数关系,以及临界时间与齐次性指数λ的指数函数关系。研究结果对药物混合工业过程的设计具有一定的理论指导意义。     

室内3种送风方式下人体气溶胶颗粒数值模拟

目的探讨空调房间不同气流组织形式下,人体持续说话散发气溶胶颗粒污染物的运动分布规律,探求空调房间合理的气流组织形式.方法运用CFD—fluent6.2模拟软件对空调房间上送下回、顶送下回及下送顶回3种送风方式进行模拟研究.分析不同送风方式下人体散发气溶胶颗粒的质量浓度分布及传播距离,房间换气次数对气溶胶污染物的质量浓度影响.结果顶送下回送风方式5次/h换气时气溶胶颗粒运动距离为1.5 m,而10次/h换气时气溶胶颗粒运动距离为1.0 m.结论相同换气次数下,顶送下回送风方式室内空气质量较佳.随着换气次数的增加,室内同一位置污染质量浓度降低,颗粒物传播范围减小.对于顶送下回送风方式增大换气次数不能降低人体感染风险.     

微细矿粒疏水絮凝动力学

本文讨论搅拌在疏水絮凝中的重要作用。作者通过试验发现,石英或菱锰矿微细矿粒的最大絮凝度仅在搅拌转速为800—1000rpm处出现,且与矿粒的原始粒度无关。文中提出的絮凝动力学总模型考虑了絮团形成及絮团破裂两个分过程。模型揭示了疏水絮凝及凝聚的重要的动力学差异。同时考察了非极性油对疏水絮凝的强化作用。     

Experimental and modeling studies on number and size spectrum evolutions of aerosol particles within a chamber

A size-specific aerosol dynamic model is set up to predict the evolution of particle number concentration within a chamber. Particle aggregation is based on the theory of Brownian coagulation, and the model not only comprises particle loss due to coagulation, but also considers the formation of large particles by collision. To validate the model, three different groups of chamber experiments with SMPS （Scanning Mobility Particle Sizer） are conducted. The results indicate that the advantage of the model over the past simple size bin model is its provision of detailed information of size spectrum evolution, and the results can be used to analyze the variations of number concentration and CMD （Count Median Diameter）. Furthermore, some aerosol dynamic mechanisms that cannot be measured by instrument can be analyzed by the model simulation, which is significant for better understanding the removal and control mechanisms of ultrafine particles.     

亚微米颗粒物的沉积与凝并的模拟与实验研究

建立了一个带有粒径高分辨率的亚微米颗粒物的动力学模型,应用高精密仪器SMPS做了系列实验以对模型进行验证.结果表明:采用该模型能够比较准确地预测亚微米颗粒物的粒径谱演变,同时模型显示了对不同峰值形态粒径谱的适应性;表面沉积效应对超细微粒的影响更为明显,凝并与浓度值有着密切的关系;通过亚微米颗粒物的数量浓度和CMD(Count Median Diameter)的变化可以反映凝并的动态特征.     

气相色谱法测定气溶胶中的烃类有机物

用气相色谱仪对北京市的气溶胶样品中的烃类有机物质进行了定性定量分析。利用大流量的大气颗粒物采样器,收集大气气溶胶样品于石英滤膜上,每24 h更换一次滤膜。样品首先用二氯甲烷进行超声波萃取,萃取液通过氧化铝-硅胶层析柱进行分馏。用气相色谱对烃类有机物中的烷烃和芳烃馏分进行分析。检测出样品中包含C12-C25的正构烷烃及16种优控多环芳烃及其含量。同时对实验条件的选择和分析结果的可靠性进行了讨论。     

燃煤电厂周边气溶胶单颗粒的微观形貌和化学组分

采集燃煤电厂上风向和下风向PM2.5样品,使用带能谱的透射电镜观察单颗粒的特征。根据颗粒的微观形貌、化学组分及电子束作用下的稳定性,将颗粒物分成9种类型:富Si、富Ca、富S、富K、富Fe、飞灰、有机、烟尘和其他颗粒.研究表明,燃煤电厂排放的球形富Fe颗粒和飞灰颗粒使下风向气溶胶中球形颗粒的数量增加;下风向气溶胶中富S颗粒和富Ca颗粒的相对丰度高于上风向,这可能与电厂控制SO2排放使用石灰石作脱硫剂有关;电厂下风向具有核壳结构颗粒的数量明显多于上风向,其原因是来自燃煤电厂或上风向的颗粒在合适的条件下(如温度高、相对湿度大、SO2与NOx浓度高等),易与其他物质发生化学反应形成具有核壳结构的复杂颗粒。     

气溶胶凝聚粒子的分形模拟

分析了大气气溶胶特性的研究意义及气溶胶粒子的分形特征.基于DLA模型模拟了不同原始微粒数目凝聚生长的分形气溶胶凝聚粒子,并将模拟结果与实验观察结果相比较,验证了模拟结果的可靠性.给出了凝聚粒子分形维数随原始微粒数目的变化曲线,结果显示,原始微粒数目直接影响凝聚粒子的分形维数.     

甘肃半干旱区城乡气溶胶光学特性的观测与分析

利用CE318型太阳光度计(532nm波段)在2004年5月-2007年5月的城乡观测资料,反演分析了半干旱地区城乡气溶胶的光学特征.得到了气溶胶光学厚度(AOD)的年季变化,并对不同季节气溶胶的光学厚度以及波长指数的变化规律进行了讨论.结合兰州市郊区资料,对城郊大气气溶胶光学特征进行了对比及原因分析.认为较城市而言,半干旱区乡村大气总体上较城市更为洁净.城市气溶胶受到冬季采暖期等人为因素的影响,出现了AOD冬季大、夏季小的特点.气溶胶主要以工业粉尘和沙尘气溶胶为主,夜间逆温层对AOD的日变化影响较大.乡村春季沙尘天气较多,气溶胶浓度变化受季节的影响,春季AOD最大.气溶胶主控粒子多为沙尘粒子.     

Numerical simulation of acoustic wake effect in acoustic agglomeration under Oseen flow condition

We numerically simulate the hydrodynamic interaction of aerosol particles due to the acoustic wake effect under the Oseen flow condition.Attraction is found for two nearby particles with an orientation angle of 0 to 50° with respect to the acoustic field,and weak repulsion is found outside this range.Good agreement is obtained between the numerical results and experiments in the literature.We study the influence of particle size,sound wave frequency and the particle separation.The result shows that the acoustic wake effect plays a significant role in acoustic agglomeration.It could be either the major agglomeration mechanism of monodisperse aerosols or the major refill mechanism for polydisperse aerosols to supplement orthokinetic interaction.     

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．