《燃燒產生自由分子區納米顆粒的團聚-燒結核模型研究》是依託華中科技大學，由趙海波擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：燃燒產生自由分子區納米顆粒的團聚-燒結核模型研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：趙海波
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
燃燒源細微顆粒物的生成生長過程涉及複雜顆粒動力學機理，團聚-燒結是控制顆粒物形貌和尺度的最關鍵機理，其速率(核)模型是對顆粒經歷過程進行巨觀模擬(如顆粒群平衡模擬)的關鍵。首先對燃燒環境中自由分子區納米顆粒碰撞-團聚進行微觀模擬，採用不依賴於流體連續性假設的直接模擬Monte Carlo方法描述氣相場，考慮布朗擴散和顆粒間相互作用力(如范德華力、靜電力等)，研究典型燃燒區域碰撞-團聚機理及核模型；並針對燃燒製備TiO2納米顆粒過程，實驗研究典型燒結主導區、團聚-燒結制約區、團聚主導區的顆粒形貌、表面積、尺度分布等，探究調控顆粒形貌尺度的規律和團聚-燒結競爭機制的物理內涵；最後基於團聚微觀模擬和精確實驗結果，利用顆粒群平衡模擬反問題方法，辨識團聚-燒結核的不確定模型參數，進行參數不確定度量化和誤差傳播分析。由此可指導燃燒合成納米材料的尺度形貌調控和最佳化，並為燃燒源細微顆粒物的研究提供參考。
結題摘要
燃燒源細微顆粒物的生成生長過程涉及複雜顆粒動力學機理，團聚-燒結是控制顆粒物形貌和尺度的最關鍵機理，其速率(核)模型是對顆粒群動力學演變過程進行巨觀模擬(顆粒群平衡模擬)的關鍵。本課題首先發展了高效快速的DSMC氣固兩相流模型，研究了火焰環境中TiO2納米顆粒自由分子區碰撞-團聚過程及顆粒尺度形貌調控機理。主要考慮范德華力、靜電力、熱泳力等影響因素，探究自由分子區納米顆粒動力學核模型。針對燃燒法製備TiO2納米顆粒，進行適應反問題需求的實驗設計和實驗測量，發展快速高精度異權值Monte Carlo模型和算法，進行正問題顆粒群平衡模擬和反問題模型參數辨識，確定了多個動力學模型及參數，包括成核、團聚、燒結和相變。開發出了耦合火焰流體動力學與顆粒群動力學的CFD-PBMC高效計算方法，實現燃燒製備過程的控制、工藝的最佳化、產品的理性設計。分別設計出了功能化的氧載體、CO2吸收劑和催化劑套用於化學鏈燃燒、鈣循環、光催化制氫以及催化燃燒等。
