《擴散火焰中煙黑粒子動力學特性研究》是依託華中科技大學，由謝明亮擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：擴散火焰中煙黑粒子動力學特性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：謝明亮
- 依託單位：華中科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
煙黑顆粒物是化石燃料燃燒產生的污染物之一，是沒有實現的燃料化學能；煙黑顆粒物隨燃燒排氣進入大氣環境，從而造成環境污染，影響人體健康。掌握煙黑生長的物理化學機理，有效控制煙黑生成、生長及表面氧化過程，實現納米顆粒動力學特徵參數在火焰合成中的有效和準確預測，具有重要的現實意義和科學價值。本項目通過構建具有物理化學變化過程的煙黑粒子兩相流的矩方法模型，獲取擴散火焰中煙黑粒子及其光學參數在空間上的分布和隨時間的演化規律。主要研究內容包括：（1）多分散多尺度顆粒系統中，顆粒碰撞頻率和碰撞效率表達式的研究，以及對應的粒子矩方程封閉模型的建立；（2）建立基於粒子矩的粒子尺度譜分布和光學參數的反演重建模型。通過以上研究，實現粒子動力學參數在煙黑顆粒合成中的有效預測、控制，以及大氣顆粒污染物指數的準確預報和微、納米顆粒在大氣和呼吸系統中擴散沉積的有效預測等。
結題摘要
煙黑顆粒物是化石燃料燃燒產生的污染物之一，是沒有實現的燃料化學能；煙黑顆粒物隨燃燒排氣進入大氣環境，從而造成環境污染，影響人體健康。掌握煙黑生長的物理化學機理，有效控制煙黑生成、生長及表面氧化過程，實現納米粒子動力學特徵參數在火焰合成中的有效和準確預測，具有重要的現實意義和科學價值。本項目以描述煙黑粒子演化的動力學方程為研究對象，以泰勒級數展開矩方法為研究工具，開展下列研究：建立了跨尺度布朗凝並問題的泰勒級數展開矩方法模型，並分析了其漸進性質；得到了層流剪下凝並問題的泰勒級數展開矩方法模型的解析解和漸近解；分析了布朗凝並問題泰勒級數展開矩方法模型的誤差和漸進穩定性；基於完全非彈性碰撞理論和最大熵原理，得到了泰勒級數展開矩方法模型的熱力學約束條件；開展了矩方法逆問題的研究，從數值角度得到了粒子尺度分布曲線，這為粒子群的矩量與其它物理參數之間的聯繫建立了橋樑。通過以上工作，基本建立了泰勒級數展開矩方法求解煙黑粒子動力學方程的理論體系，為其套用奠定了基礎：如基於泰勒級數展開矩方法模型的漸近解和粒子濃度在空間上的非均勻分布，通過簡單的數學物理模型揭示了擴散火焰中煙黑粒子尺度雙峰分布形成和演化規律；通過布朗凝並問題的熱力學約束條件，得到了表面張力公式中厄缶常數的統計力學表達式，理論結果與實驗數值的一致性也證明了泰勒級數展開矩方法模型模擬煙黑粒子動力學演化過程的正確性和有效性。此外，本項目在實驗研究方面也取得了一些進展，基於MATLAB軟體，實現了擴散火焰的可視化圖像的採集和識別。項目發表論文11篇，授權發明專利1項，這些理論和實驗研究成果達到了本項目申請書中所設定的預期目標。
