雙射流汽車尾氣流場超細(xì)顆粒的成核和凝并過程的研究.pdf

1、PM_(2.5)(顆粒直徑小于或等于2.5μm的可吸入顆粒物)是影響空氣質(zhì)量的重要污染物。已有研究表明,可吸入顆粒物濃度上升與呼吸系統(tǒng)疾病、心肺疾病的發(fā)病率、死亡率關(guān)系密切。汽車尾氣排放的污染物是大氣污染的主要來源,燃料中的硫在燃燒后形成SOx隨著尾氣被稀釋和冷凝,會(huì)形成大量的PM_(2.5)。 本文研究了汽車尾氣排放時(shí)納米顆粒的成核和凝并過程,分析了不同流場中顆粒物質(zhì)的數(shù)密度和顆粒直徑分布,論文由以下四部分組成。

2、第一,采用熱線風(fēng)速儀對(duì)平行雙射流流場進(jìn)行測(cè)試,研究了雷諾數(shù)、雙射流間距對(duì)流場特性的影響。研究結(jié)果表明,在射流噴口附近,沿射流方向,雙射流是分離的；由于射流中間邊界層的相互影響,雙射流會(huì)逐漸混合,并最終形成單股射流；射流的平均速度、湍動(dòng)能是對(duì)稱的；雙射流間的擾動(dòng)隨雷諾數(shù)的增加而增大,雷諾數(shù)越大,則雷諾應(yīng)力和湍動(dòng)能越大。雙管間距越大,射流間的擾動(dòng)就越小,但是射流寬度隨著雙管間距的增加而增加。減小雙射流間距或者增加雷諾數(shù),都能增加雙射流混合距

3、離。 第二,用數(shù)值模擬方法對(duì)平行雙射流場中顆粒的成核與凝聚過程進(jìn)行了研究,給出了硫酸/水系統(tǒng)中經(jīng)成核和凝聚過程形成的顆粒數(shù)密度和粒徑的分布,說明成核過程會(huì)形成大量的納米顆粒,在雙管射流的中間和射流場周圍,顆粒具有較高的濃度。在各種力的作用下,顆粒的凝聚過程使顆粒的數(shù)量減少,而直徑變大。射流中硫的濃度對(duì)顆粒的濃度分布有影響,隨著硫濃度的增加,流場中的顆粒數(shù)密度有明顯增加,而成核形成的顆粒直徑減小。環(huán)境濕度和雷諾數(shù)的增大,有利于成

4、核過程,因而導(dǎo)致形成更多的顆粒。 第三,通過大渦模擬方法計(jì)算雙管沖擊射流流場,獲得流場流動(dòng)特性；并計(jì)算了硫酸/水系統(tǒng)的成核和凝并過程,獲得雙管沖擊射流流場中顆粒物質(zhì)的數(shù)密度分布和濃度分布。計(jì)算結(jié)果表明,沖擊射流分成自由射流區(qū)域、貼壁射流區(qū)域和上噴流區(qū)域,隨著雙射流間距的減小和射程的增加,雙股射流間彼此的相互作用增加。顆粒尺度最大的區(qū)域發(fā)生在射流區(qū)域的周圍。經(jīng)過凝并過程后,顆粒數(shù)目大量減小,最大顆粒濃度在射流貼壁區(qū)域。雙射流的間

5、距影響射流中間顆粒數(shù)密度和尺度分布,雙射流中間將形成更多的納米顆粒,同時(shí),顆粒物的尺度增加。射流沖擊高度越大,靠近壁面處形成的顆粒數(shù)密度越小,總顆粒數(shù)也越小,所以增加射流射程對(duì)減小納米顆粒的形成有益。在沖擊高度較大的情況下,貼近壁面處形成的顆粒尺度較大。 第四,研究了轎車不同行駛條件下流場的性質(zhì)和顆粒物的分布。顆粒數(shù)密度最大區(qū)域在汽車尾部1米處；距離汽車尾部越遠(yuǎn),顆粒物越少；成核形成的顆粒物最大尺度發(fā)生在流場邊沿。納米顆粒的數(shù)