异相凝结与同相凝结关系的实验研究

蒸发冷凝法气溶胶发生技术中,异相凝结有利于提高气溶胶的单分散性,同相凝结则会降低其单分散性,因此,如何避免同相凝结的发生从而提高气溶胶的单分散性是技术的关键。该文利用蒸发冷凝法气溶胶发生装置,通过调节凝结核浓度和蒸气压,研究了异相凝结和同相凝结的生长规律,并重点研究了2种凝结之间的竞争关系。研究表明,在凝结核浓度高于某临界值时,异相凝结可以抑制同相凝结的发生,并且在不同的总流量和蒸气压下,凝结核临界浓度值均在1.0×106个.cm-3附近。     

蒸发冷凝法亚微米气溶胶发生装置的最佳运行参数

理清蒸发冷凝法亚微米气溶胶发生装置中不同参数对气溶胶发生效果的影响,有利于提高气溶胶的单分散性。搭建了发生实验装置,通过调节各个参数,研究了参数对气溶胶发生效果的影响以及参数之间的相互影响,并与理论分析进行对比。研究表明:凝结核浓度足够高时,在保证调节后的气溶胶满足准单分散的前提下,若调节前的气溶胶几何标准偏差小于1.45,可通过提高饱和器体积流量来提高气溶胶计数中值直径,当几何标准偏差大于1.45时应通过提高再热温度来提高计数中值直径。     

用于HEPA滤料效率检测的蒸发冷凝技术

明确蒸发冷凝技术产生准单分散气溶胶的发生效果及其与数值模拟的吻合程度,可以应用于高效(high efficiency particulate air,HEPA)滤料计数效率的测量,使其兼具测量速度快和可测效率范围宽的优点。通过Euler-Lagrange模型数值模拟计算和扫描电迁移率粒度分析仪(scanning mobility particle sizers,SMPS)实验测量,研究了不同参数条件下,蒸发冷凝装置产生气溶胶的粒径分布状况。研究结果表明:模拟结果与实验数据吻合程度较高;Euler-Lagrange模型适用于模拟冷凝管中气溶胶的生长规律;通过调节发生器的参数可产生不同粒径的高浓度准单分散气溶胶。气溶胶粒径分布不仅完全满足HEPA滤料效率检测要求,而且可以应用于超高效(ultra low penetration air,ULPA)滤料效率检测。     

用在线添加基质法检测气溶胶粒子

利用基质辅助激光解吸电离技术, 在气溶胶飞行时间质谱仪中可以检测单粒子气溶胶. 蒸发冷凝装置安装在质谱仪的入口, 当气溶胶粒子经过时, 基质通过冷凝添加到气溶胶粒子上. 包含基质的气溶胶粒子通过三级差分进样系统进入到电离区被266 nm 的Nd: YAG激光器解吸电离, 同时获得了单个气溶胶粒子的质谱和空气动力学直径. 这种在线添加基质的方法使得实时检测单个生物气溶胶粒子成为可能.     

有机气溶胶对中国境内云凝结核数量的贡献研究

根据κ-K?hler理论, 利用2006年中国境内气溶胶浓度的数值模拟结果, 计算总体气溶胶活化为云凝结核的数浓度, 并评估有机气溶胶对云凝结核数量的贡献。中国境内云凝结核数浓度总体呈东部高西部低的分布, 这与东部受到更多人为源排放影响、气溶胶浓度高有关。假设气溶胶各类化学组分彼此外混合, 则各季节云凝结核数浓度为0.9×10³~1.2×10³ cm^-3, 有机气溶胶对云凝结核数量贡献全年平均为30%。假设气溶胶中有机组分彼此内混合并与其他组分外混合, 则各季节云凝结核数浓度为0.9×10³~1.1×10³cm^-3, 有机气溶胶对云凝结核数量的贡献全年平均28%。尽管有机气溶胶对云凝结核数量的年平均贡献相差不大, 但夏季和冬季的贡献有较大差异, 原因在于夏季有更多的二次有机气溶胶生成, 而冬季更多的是一次有机气溶胶排放。因此, 有机气溶胶是中国云凝结核的重要来源, 并且有机气溶胶的混合状态对云凝结核数量有很大的影响。     

含有不可凝结气体的蒸汽壁面冷凝的数值模拟

根据工程上广泛应用的经验性Uchida关联式,通过基于有限体积法的流场分析软件CFX的数值计算,对垂直管道中含有不可凝结气体的蒸汽冷凝进行模拟.结果表明,经验性Uchida关联式的计算结果可直观并且准确地反映与实际相符的流场温度变化趋势和组分浓度变化.该数值模拟方法对于研究小尺寸且几何形状简单的物理模型内不可凝结气体的积聚情况具有指导意义.     

普通型板式热交换器中的水蒸汽凝结放热

通过试验研究确认了将普通型板式热交换器用于水—水蒸汽凝结放热具有显著节能效果。分析了在板式热交换器中,在水蒸汽的高速流动下水蒸汽凝结换热系数与蒸汽流速、蒸汽压力、冷凝温差之间关系,获得了求解凝结换热系数的关联式,也分析了顺、逆流对压降及水蒸汽凝结放热系数的影响。     

分离式热管凝结换热特性的研究

建立了空气冷却实验台 ,热管的加热方式为电加热 ,工质为蒸馏水 .在 1∶ 1模型上对分离式热管管内凝结换热特性、不凝性气体对凝结换热的影响及不凝性气体的扩散规律进行了试验 ,得出分离式热管有一最佳充液率 ,其值为 45%左右 ;凝结换热系数随着蒸汽压力的增加略有降低 ,在实验的压力范围内 ,降低了 9.5% ;不凝性气体对分离式热管的凝结换热仅影响冷凝段下部较小部分 ,通过排气阀排出不凝性气体可有效地改善冷凝段下部的凝结换热 ;随着压力的增加 ,不凝性气体对分离式热管冷凝段的影响减少 .这些结论可用于分离式热管换热器的工程设计和控制     

华北重度霾过程期间大气气溶胶粒子的微物理垂直特征

在华北重度霾过程期间(2013年9月30日),利用夏延ⅢA的飞机观测资料分别对石家庄和邢台的气溶胶粒子谱分布,气溶胶(cloud nuclei,CN)与云凝结核(cloud condensation nuclei,CCN)垂直分布特征进行了分析。研究结果表明,两地的气溶胶数浓度均随着高度的增加而减小,气溶胶粒子有效半径比较接近,积聚模态和粗模态气溶胶粒子有效半径的范围分别在0.05~0.35μm,0.8~2.2μm之间。两地的边界层内和边界层以上均出现了逆温层,且逆温层之下的气溶胶数浓度均出现明显增加现象。对气溶胶后向轨迹的分析结果表明:3 000 m高度处的气溶胶主要是随气团远距离输送而来;1 500 m高度处的气溶胶主要来自南边近地面污染物排放,输送距离较短;500 m高度处的气溶胶受偏南气团的影响,主要由高浓度的气溶胶细粒子组成。云凝结核的垂直分布结果表明,CCN数浓度随高度的增加而减小,逆温层的存在对CCN有一定的累积效应。对石家庄(邢台)市的CCN与气溶胶数浓度做相关性分析,结果表明两地的CCN与气溶胶的总相关系数均在0.95以上,而淡积云内相关系数仅为0.83,且云内的CCN数浓度明显低于云外,因此表明了云滴活化对CCN的消耗作用。云凝结核的数浓度随高度的增加而减小,逆温层的存在对CCN有一定的累积效应。云底以下的气溶胶粒子谱宽较窄,云内和云顶以上的气溶胶粒子谱较宽。     

一种快速测量高粒径分辨率气溶胶活化率曲线的方法

基于扫描粒径的原理, 介绍了测量高粒径分辨率气溶胶活化率曲线的方法。给出了改进的数据反演算法, 能较好地反演出气溶胶和云凝结核的数浓度谱分布, 以及气溶胶分档活化率。在大气气溶胶的外场观测中对该方法进行了检验。     

固定源可凝结颗粒物监测技术研究

应用CFD软件模拟固定源排放的湿烟气和CPM(Condensable Particulate Matter，可凝结颗粒物)在不同风速下的扩散过程，表明CPM与湿烟气中的水分在烟囱出口周边大气中的扩散分布情况基本一致，有着类似的形成过程.温度是决定CPM和水分凝结的关键因素，CPM测试数据应标明样品采集时的冷凝温度，（0±1）℃是最佳冷凝温度，可获得较高的捕集效率.参考《排放管道中可凝结性微粒检测方法》（EPA Method 202）和《固定污染源废气低浓度颗粒物的测定重量法》（HJ 836—2017），设计并制作了适于国内污染源监测实际的CPM采样装置.经现场实际测定，该装置可以较好地应用于我国污染源监测实际.相较稀释通道法，干冲击瓶法更适合成为污染源监测的标准分析方法.此外，讨论了CPM测定中样品回收、全程序空白值偏高等需注意的问题.     

蒸发与凝结现象的分子动力学研究

采用分子动力学方法研究了气液共存体系的蒸发与凝结现象,模拟验证了经典理论对界面分子碰撞流率预测的有效性,并通过对气液界面上的相变微观过程的分析统计,获得了气相分子凝结的判据,以此为依据提出了采用分子动力学方法统计凝结的新方法,模拟计算了3个不同温度下氩的凝结系数,对不同温度条件下的分子动力学模拟表明,氩的凝结系数随系统温度的升高而减小。     

凝结芽孢杆菌CGMCC 9951抑菌特性研究

以凝结芽孢杆菌CGMCC 9951为研究对象,通过牛津杯法和气质联用(GC-MS),研究了凝结芽孢杆菌CGMCC 9951发酵液抑菌特性。研究结果表明:凝结芽孢杆菌CGMCC 9951具有广谱抑菌特性,其对志贺氏菌具有最强的抑菌效果。抑菌物质在-20～100℃具有良好的稳定性,当pH5时抑菌活性良好。在胰蛋白酶和木瓜蛋白酶作用下,抑菌活性下降约50%。凝结芽孢杆菌CGMCC 9951发酵上清液中含丙酮酸、富马酸、琥珀酸、苹果酸和柠檬酸等有机酸。其中,富马酸最小抑菌质量浓度为0.25 mg/mL,抑菌效果最好;柠檬酸最小抑菌质量浓度为2 mg/mL,抑菌效果最弱。相对分子质量越小的有机酸其抑菌活性越强。     

微重力下管内凝结换热性能的研究

为了预测失重条件下航天飞行器中冷凝器的传热性能，提出了一种研究微重力场中管内凝结换热过程的方法，建立了管内环状流域层流凝结换热的数理模型。改变重力加速度ｇ值进行仿真计算，随着ｇ值的减小，凝结液膜变厚，使凝结换热恶化，例如在相同冷却条件下，当进口蒸气Ｒｅ数为１０４时，ｇ＝０和ｇ＝９．８ｍ／ｓ２环境下的平均冷凝Ｎｕ将降低３０％。并以重力场中垂直管内凝结换热的实验结果对模型进行了间接的检验。给出了预测零重力环境中管内平均凝结换热系数的准则关联式，可供航天器热控系统的热分     

介电流体的EHD强化凝结换热实验研究

在自行设计组装的基于朗肯循环的低温余热发电模型的基础上,以CFC11为工质,进行了介电流体的EHD强化凝结换热的实验研究,得出了不同温度下凝结换热系数,热流密度与外施电压之间的关系,并对外施电场的功耗进行了分析,为EHD冷凝强化换热理论研究的扩展提供了一定的依据.     

蒸发冷凝法制备铜纳米粉

采用电阻加热蒸发冷凝法,在N2保护气氛下,制得铜纳米粉末。通过X射线衍射检验确定制成的铜纳米粒子具有fcc相,并且纯度较高;用透射电镜对粒子的形貌和粒径进行了表征分析,结果显示粒径在20 nm左右,分散性好。     

分离式热管凝结换热特性的研究

建立了空气冷却实验台,热管的加热方式为电加热,工质为蒸馏水。在１：１模型上对分离式热管管内凝结构热特性、不凝性气体对凝结换热的影响及不凝性气体的扩散规律进行了试验,得出分离式热管有一最佳充液率,其值为４５％左右;凝结构热系数随着蒸汽压力的增加略有下降,在实验的压力范围内,降低了９．５％;不凝气气体对分离式热管的凝结构热仅影响冷凝段下部较小部分,通过排气阀排出不凝性气体可有效地改善冷凝段下部的凝结换     

中国地区凝结尾数值模拟分析

为了解中国地区凝结尾发生的时空分布特征和环境特征,按照Schmidt–Appleman标准,建立凝结尾发生模型,并基于全国大气探空数据,统计分析了2001年至2017年中国地区凝结尾特征。结果表明,近年来凝结尾的发生数量呈增长趋势,其与年平均湿度呈正相关,相关系数达0.96;大兴安岭地区、陕北地区、青海东南和川北地区以及天山地区是中国地区凝结尾高发地区,华南地区是凝结尾发生数量最少的地区;凝结尾发生数量季节差异明显,春夏多,秋冬少;凝结尾发生时环境的平均温度为-35.2℃,平均湿度为50.4%。高度7 000 m至12 000 m范围内凝结尾发生数量占总次数的79.5%;凝结尾在不同高度层发生的概率不同,调整航空器的飞行高度层,可使凝结尾发生数量平均减少24.9%。     

管壳式冷凝器内低螺纹管的凝结传热模型

以蒸气在垂直壁面和水平圆管上的凝结传热特性为基础，建立了蒸汽在基管，翅片及翅顶上的凝结传热模型，对影响低螺纹管传热的结构参数翅片间距，翅片夹角以及当量翅高进行了计算分析，进而建立了低螺纹管管簇的凝结传热模型，得出了低螺纹管管簇的平均冷凝传热系数与管排数和管列数之间的关系式。     

冷凝激波管内水,乙醇凝结两相流的理论和实验研究

对冷凝激波管内的水、乙醇蒸汽凝结两相流进行了较深入的理论与实验研究，蒸汽在自发凝结时，伴有潜热释放，气液两相之间产生传质、传热及动量传递，从而存在耦合效应。本文从两相流的基本方程组出发，导出非定常凝结两相流的特征线及其相容方程组，从而对激波管内凝结两相流进行了理论分析及数值计算。在一凝结激波管试验台上分别对水、乙醇、苯３种工质的凝结两相流进行了实验测试，用光测系统对液滴进行光散射测量，并引入先进的