细颗粒核化凝结长大实验平台设计及特性研究

摘要

细颗粒物给大气环境和人类身体健康带来了严重的危害，燃烧源排放的细颗粒物是大气中细颗粒物的主要来源之一。传统的除尘设备对于细颗粒物的控制效率却非常有限，通过蒸汽相变促进细颗粒物核化凝结长大的预处理措施，是提高传统除尘设备对细颗粒物的脱除效率是重要的技术方法。
　　本论文针对细颗粒物在水汽作用下核化凝结长大的机理研究设计搭建了新的细颗粒核化凝结长大实验平台，对实验平台的生长管内热水与气流之间的传热传质进行了模拟计算，深入的研究了热水温度、气流流速、细颗粒物初始浓度等参数对细颗粒物核化凝结长大影响，探讨了平台中细颗粒物的长大特性。
　　平台的重要组成部分是生长管，由于细颗粒物是在生长管中核化凝结长大的，所以针对生长管内热水与混合气之间的传热传质进行了理论计算分析。结果表明，通入热水后，生长管内的温度和压力分布都发生了变化，随着热水温度增大，生长管内的过饱和度也增大;生长管内的最大过饱和度发生在管子的中心线上。
　　为了探索细颗粒物核化凝结长大平台的特性，进行了细颗粒物在不同的实验条件下的长大实验，结果表明:
　　1.通入热水后，在水蒸汽的作用下，细颗粒物的粒径都有所增大，说明蒸汽可以使细颗粒物核化凝结长大;随着温度的上升，蒸汽与混合气在生长管内形成的过饱和度越来越大，温度越高，越有利于细颗粒物的激活;流速增大，整个细颗粒物的粒径分布都有向左移动的趋势，说明流速越大，长大的效果越差;随着浓度增大，造成了蒸汽的耗散效应增大，从而使得细颗粒物长大的最终直径变小;说明可以通过改变平台的参数来研究细颗粒核化凝结长大的过程;
　　2.蒸汽过饱和条件下，细颗粒物的算术平均直径可以长大到5.4um;
　　3.平台中各参数对于蒸汽在细颗粒物表面核化凝结的影响权重是不一样的，排序为温度＞速度＞浓度。
　　4.细颗粒物的粒径分布（数量和体积）、选定的特征参数D10、D25、D50、D75和D90，以及细颗粒的算术平均直径可以用来研究细颗粒物在平台中的长大过程。
　　本文的研究结果可以为水汽相变促进细颗粒物核化凝结长大的过程探索提供实验准备和理论支持。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的背景及意义

1．1．1 我国的能源结构分布及细颗粒PM2．5的污染现状

1．1．2 细颗粒PM2．5对人体健康和经济损失的影响

1．1．3 细颗粒物长大脱除技术

1．2 蒸汽凝结促进细颗粒长大的研究现状

1．2．1 国内外学者的实验研究平台简介

1．2．2 晶胚的形成机理和影响因素

1．2．3 液滴长大的影响因素

1．2．4 蒸汽凝结促进PM2．5脱除的应用研究

1．3 课题的研究内容和思路

1．4 本章小结

第二章 实验平台的设计及搭建

2．1 引言

2．2 实验平台

2．3 生长管的几何尺寸及计算方法

2．4 实验仪器及介绍

2．4．1 实验仪器

2．4．2 DP-02激光粒度仪工作原理

2．4．3 ELPI介绍

2．5 本章小结

第三章 生长管内蒸汽过饱和场的数值模拟

3．1 引言

3．2 单个颗粒的传热传质分析

3．3 生长管内传热传质

3．3．1 建立模型

3．3．2 生长管内温度T

3．3．3 生长管内蒸汽平衡分压力P

3．3．4 生长管内蒸汽的当地分压力Pv

3．3．5 生长管内过饱和度S

3．4 本章小结

第四章 平台实验特性研究

4．1 引言

4．2 实验

4．2．1 实验方法

4．2．2 实验工况

4．3 实验结果及讨论

4．3．1 不同条件对平台实验特性的影响对比

4．3．2 细颗粒在平台长大过程中的粒径特征参数和平均粒径分析

4．4 本章小结

第五章 全文总结及展望

参考文献

致谢

作者在读期间发表的论文