《異質凝結的動理論研究及在細顆粒物清除中的套用》是依託中國科學技術大學，由羅喜勝擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：異質凝結的動理論研究及在細顆粒物清除中的套用
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：羅喜勝
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
異質凝結是一種常見的相變過程，而這種常見的巨觀現象卻由複雜的微觀物理過程決定。異質凝結在自然環境和工業生產中十分普遍，特別是近年來隨著大氣細顆粒物污染日益嚴重，異質凝結在工業細顆粒物去除中已成為一種新型有效的預處理手段。本申請擬從理論、數值和實驗三方面來研究異質凝結的複雜機理，進而最佳化異質凝結促進細顆粒物清除的技術。首先，通過構建異質凝結的動理論模型，修正穩態成核率公式，發展多相流數值模擬方法，從微觀上研究凝結的啟動過程，計算液滴在顆粒表面的增長率，並模擬顆粒上凝結的完整過程。其次，採用數值方法，從巨觀上系統研究外界條件對凝結的影響，進而考察對顆粒清除效率的影響。最後，結合機理性和系統性實驗，模擬利用異質凝結促進細顆粒物清除過程，提出最佳化方案。通過該研究，可以揭示異質凝結的現象和規律，也可為實際清除細顆粒物技術發展與最佳化提供理論基礎。
結題摘要
異質凝結是一種常見的相變過程，而這種常見的巨觀現象卻由複雜的微觀物理過程決定。異質凝結在自然環境和工業生產中十分普遍，特別是近年來隨著大氣細顆粒物污染日益嚴重，異質凝結在工業細顆粒物去除中已成為一種新型有效的預處理手段。本項目採用理論、數值和實驗結合的辦法研究了異質凝結的複雜機理，發展了相應的物理模型和數值方法，搭建了系列實驗平台，為最佳化異質凝結促進細顆粒物清除的技術提供了理論基礎。 首先建立了一套更加完善準確的異質凝結動理論。從相變物理和熱力學出發，綜合文獻數據，對已有的異質凝結動理論模型進行考察和評估，綜合考慮異質凝結中的多種機制和線張力的影響，考慮顆粒的不同性質對凝結的影響，建立了一套適用於不同系統的、更加完善準確的異質凝結動理論模型；利用新建的動理論模型考察異質凝結的一般規律，結合分子動力學方法，模擬了異質凝結的完整過程（啟動、成核、增長）；修正了異質凝結中的穩態成核率公式，計算了小液滴在固體顆粒表面的增長率。 其次，發展了模擬伴隨相變的多相流動的物理模型和數值方法。將經典矩方法推廣到了異質凝結，並考慮了相間的滑移，實現了考慮相間滑移的矩方法；將異質凝結理論模型、矩方法與多相流耦合，構建一套完整控制方程，在保證計算的精度和速度的同時，提出合理的數值計算方法；模擬伴隨異質凝結的多相流動過程，系統考察外界參數和顆粒性質對異質凝結的影響，並與實驗進行了對比驗證。 最後，搭建了研究細顆粒物增長的實驗平台：設計了一套高效荷電裝置，搭建顆粒物帶電的實驗平台，實現大氣細顆粒物的高效荷電，以便對大氣細顆粒物的尺寸和濃度進行檢測；設計出一套參數可控顆粒物吸濕長大系統，針對不同工作液（水、正丁醇等），實現顆粒物在過飽和蒸汽條件下的吸濕長大；初步完成一套可控的利用異質凝結促進細顆粒物清除的實驗平台，包括粒子發生系統、吸濕長大系統、粒子清除及檢測系統三部分；初步開展利用異質凝結促進細顆粒物清除的系統性實驗。
