北京市城区大气可吸入颗粒物中多环芳烃的分布规律

目前,国内外的研究工作已经证明致癌性多环芳烃(PAH)化合物在大气悬浮颗粒物中的分布与其粒径密切相关;不同粒径的颗粒进入人体呼吸系统的位置不同,对人体造成的危害也不同,一般说来,粒径越小,对人体健康危害程度越大,大于15微米的颗粒不能进入呼吸系统,15微米的颗粒可阻留在面部鼻腔和咽部,5.0微米以下的颗粒可进入肺部,1.1微米以下的颗粒可沉积在肺     

应用微通道热泳脱除可吸入颗粒物的可行性研究

将热泳力和微通道流动两项国际前沿热门研究成果相结合．研究微通道内流动的可吸入颗粒物热泳沉积效率的变化规律．选择能描述有别于一般通道的具有强换热特性的微通道公式,计算分析其中换热特性和流动特性．通过在同样条件下一般通道与微通道内,利用热泳的效应,产生的脱除可吸入颗粒物效率的比较,得到在微通道内有大的热泳沉积效率的结论．这一结果给我们利用微通道内热泳脱除可吸入颗粒物以新的启发．通过多微通道组合可以实现高效率脱除可吸入颗粒物．若这一思路能够赋予实践,将为脱除细微的可吸入颗粒物的污染提供重大新途径．     

蒸汽相变促进可溶PM2.5凝结增长的数值分析

为利用蒸汽相变原理促进氨法脱硫系统排放细颗粒物(PM2.5)的脱除,建立多分散颗粒的凝结增长动力学模型,利用数值模拟方法研究了可溶硫酸铵颗粒的凝结增长规律,并将典型粒径可溶与不可溶颗粒的凝结增长过程进行对比分析.结果表明:不同粒径硫酸铵颗粒的增长速率相近,等温系统的凝结增长效果优于绝热系统;对于同一初始粒径分布下的可溶和不可溶颗粒,微米尺度可溶颗粒的增长速率始终大于不可溶颗粒,亚微米尺度可溶颗粒的增长速率先大于而后小于不可溶颗粒,使得二者的增长曲线存在一个交叉点;蒸汽饱和度增大能显著促进硫酸铵颗粒的增长;等温系统中温度对硫酸铵颗粒的增长影响显著,绝热系统中温度的影响较弱.     

亚微米气溶胶高效过滤装置的设计

针对亚微米气溶胶颗粒进入大气中危害环境及人类的健康的问题,设计了一种移动式亚微米气溶胶高效过滤装置,采用最易穿透粒径法(MPPS)测试了装置的过滤效率,结果表明:该装置具有较高的过滤效率,在0.1~0.25μm粒径范围内,装置的过滤效率在99.999%以上,该设备可用于亚微米气溶胶颗粒的过滤净化。     

层流环形通道热泳脱除可吸入颗粒物技术研究

依据热泳基本原理 ,设计了一种新型层流方环形双壁冷却式通道。经过计算 ,该类型通道比一般管通道有着较高的脱除可吸入颗粒物的效率。同时 ,在不同的气流进口温度下 ,利用速度温度充分发展流与速度温度正在发展流的有不同热泳沉积效率工况 ,可以达到较高的沉积效率。通过结构设计 ,可以达到较高的可吸入颗粒物脱除效率 ,是值得进一步探索的新路子。     

上呼吸道内可吸入颗粒物运动及沉降的模拟研究

建立了一个从人体口腔到前3级支气管的上呼吸道3维几何模型和流场计算模型以及可吸入颗粒物运动模型.将数值模拟结果与相关的实验数据进行了对比,表明数值模拟结果与实验结果基本吻合.在此基础上,在拉格朗日框架下追踪研究了可吸入颗粒物的运动轨迹,并统计了颗粒物在气道内不同部位的沉积分数;对人体上呼吸道内可吸入颗粒物的运动及沉积过程以及影响因素进行了分析.结果表明,可吸入颗粒物在上呼吸道内不同部位的沉积与呼吸强度、颗粒物密度以及粒径等因素密切相关;高呼吸强度时颗粒物在气管内的沉积分数明显升高,且随粒径的增大呈下降趋势;颗粒物在喉部的沉积分数最大,可以达到35%左右,但沉积分数受呼吸强度和粒径的影响相对较小;颗粒物在支气管内的沉积分数随粒径增大呈明显下降趋势;中小呼吸强度下颗粒物在支气管内的沉积分数明显高于高呼吸强度下的沉积分数.研究成果可以为可吸入颗粒物对人体健康影响的研究以及医学中气溶胶吸入疗法的研究等提供一定的依据.     

洁净室亚微米颗粒污染的模型模拟研究

采用基于欧拉框架下的Small Slip Model颗粒拟流体模型和Three Layer Model壁面沉积边界条件,并运用标准的k-ε湍流模型和壁面函数方法对非单向流洁净室内亚微米颗粒污染物的输运和分布结构进行数值模拟。模拟结果和实验结果具有较好的一致性,说明所采用的计算模型和方法具有良好的合理性和适用性。洁净室内颗粒污染物的输运和分布特征受空气流场的制约,尤其是室内存在的回流区和旋涡区,对污染控制和排除效率有着重要的影响。此外,颗粒的湍流扩散作用在对流作用较弱的区域发挥着重要的作用,对其机理的正确认识和分析有助于提高模型研究的准确性。     

单纤维捕集过程中亚微米颗粒的布朗团聚

针对亚微米颗粒(0.1～0.5μm)在单纤维捕集过程中的布朗团聚规律,基于计算流体动力学-颗粒群平衡模型(CFD-PBM)对粉尘颗粒在单纤维捕集过程中的布朗团聚行为进行了数值模拟研究,采用分区法对颗粒群平衡方程(PBE)进行求解,综合考虑了停留时间、入口粉尘粒径、气流温度、Pe数对布朗团聚的影响,并将数值模拟与实验结果...     

空气及蚊香燃烧产生的亚微米气溶胶的粒径谱

蚊香烟雾是一类常见的影响人类健康的气溶胶。利用高分辨的静电扫描粒径谱仪,研究了实验室内外空气及室内蚊香燃烧产生的亚微米气溶胶(14～723nm)的粒径分布特征及衰减情况。实验表明,实验室内、外亚微米气溶胶的数浓度分别在1.09×104～4.45×104cm-3,1.15×104～3.56×104cm-3范围内。蚊香燃烧产生的亚微米气溶胶的数量中值粒径、表面积中值粒径及体积中值粒径分别为80nm、148nm和230nm。点燃蚊香15min产生的气溶胶恢复到背景水平需要1～2h。     

流化床O2/CO2气氛燃煤痕量元素的排放特性及控制

通过平顶山烟煤在小型流化床中的燃烧实验,采用X-射线荧光光谱仪(XRF)对低压撞击器(LPI)收集到的细颗粒物元素组成进行定量测定,研究了O2/CO2气氛下硅藻土对煤粉燃烧痕量元素的排放控制.结果表明,Zn、Mn和Ni的含量随粒径呈双峰分布,峰值分别在0.1μm和2μm附近,Hg和Co的含量在0.1μm附近有一峰值;Hg和Zn在亚微米颗粒上有一定程度的富集,Mn、Ni和Co在亚微米和超微米颗粒上的含量基本相当;当颗粒物粒径一定时,随着硅藻土含量的增加,5种元素的富集因子呈减小的趋势;随着添加剂粒径的减小,颗粒物中Hg、Mn、Zn、Ni和Co的含量呈减少的趋势;当颗粒物粒径一定时,5种元素含量顺序为MnZnNiCoHg.     

荷电雾滴表面带电尘粒捕集的数值分析

通过数值计算分析了带电粉尘粒子在荷电雾滴上的捕集特性,主要考虑尘粒惯性和静电效应对于提高粒子捕集效率的相对强弱.结果表明,在不同粒径区间内,粒子的惯性效应和雾滴与粒子间的库仑力对强化粒子靶效率的作用需要仔细加以辨认,同时证明了当雾滴弱荷电时,对亚微米带电粒子捕集依然是有效的.     

耦合颗粒受力解析的CFD模型及其在超滤膜污染机制中的应用

膜污染可以视为颗粒在膜表面的沉降过程。为深入了解在过滤通道内发生的颗粒迁移和沉降过程,建立了一种耦合颗粒受力的计算流体力学（CFD）模型。通过分析颗粒在超滤过程中的受力,将颗粒受力分析的用户自定义函数（UDF）与CFD中的离散相模型（DPM）耦合,对颗粒的迁移轨迹及沉降进行模拟,并利用过滤实验和微粒子图像测速技术（Micro-PIV）对CFD模拟结果进行了验证。结果表明:颗粒沉降概率与跨膜压差呈正相关,与错流速度呈负相关,超滤实验证明了CFD模拟颗粒沉降的准确性。Micro-PIV示踪粒子的运动轨迹记录膜腔内的速度场分布也验证了CFD模拟流场的准确性。CFD模型可视化地并直观地揭示了膜过程流场和颗粒运动情况,为理解膜污染机制提供了科学依据,对优化膜模块具有重要的指导作用。     

栅条絮凝池内部流场及颗粒运动状态模拟分析

利用数值模拟方法对栅条絮凝池前段内部流场进行模拟分析,以涡旋速度梯度和湍动能作为综合评价指标,对其结构设计的合理性进行了验证.在流场中加入了11组不同粒径和有效密度的絮凝颗粒,每组在流场入口处随机释放98560个粒子,利用DPM模型对粒子运动轨迹进行追踪统计.结果 表明:随着絮凝颗粒的增大,其有效密度呈相应下降趋势.絮...     

明渠中有机质微粒沉降过程的随机游走模拟

基于明渠流动的主要特点,考虑紊动强度的垂向非均匀性,及颗粒运动的游荡效应（loitering effect）影响,对微粒运动基本方程进行改进,建立了明渠非均匀紊流中考虑游荡效应的随机游走模型,对明渠中微粒的沉降损失进行了模拟分析.模拟结果显示,不考虑游荡效应影响时,明渠中微粒的沉降损失率可用微粒沉速与水深之比计算;而在游荡效应影响下,微粒沉降损失率会发生约18%~27%的下降,下降百分比与均匀紊流中微粒沉速在游荡效应影响下的折减百分比渐近值（19~25%）基本一致.本文结论基于不考虑微粒重悬浮、游荡效应为紊流对微粒沉降的主导影响机理等前提,主要适用于对明渠中细小有机质微粒沉降至床底过程更准确的计算分析.     

明渠中有机质微粒沉降过程的随机游走模拟

基于明渠流动的主要特点,考虑紊动强度的垂向非均匀性,及颗粒运动的游荡效应（loitering effect）影响,对微粒运动基本方程进行改进,建立了明渠非均匀紊流中考虑游荡效应的随机游走模型,对明渠中微粒的沉降损失进行了模拟分析.模拟结果显示,不考虑游荡效应影响时,明渠中微粒的沉降损失率可用微粒沉速与水深之比计算;而在游荡效应影响下,微粒沉降损失率会发生约18%~27%的下降,下降百分比与均匀紊流中微粒沉速在游荡效应影响下的折减百分比渐近值（19~25%）基本一致.本文结论基于不考虑微粒重悬浮、游荡效应为紊流对微粒沉降的主导影响机理等前提,主要适用于对明渠中细小有机质微粒沉降至床底过程更准确的计算分析.     

Dry deposition of atmospheric aerosols by dual tracer method — I. Area source

Aerosol deposition velocities can be estimated from measurements of the ratio of the concentration of a depositing species, such as Pb, to a non-depositing (conserved) species, such as CO, when both originate from the same source (dual tracer method). This method has been applied to size-segregated aerosol samples collected in Los Angeles, CA during the Southern California Air Quality Study, summer 1987. Lead size distributions were measured in ambient and tunnel samples using an eight-stage low pressure impactor. A new parameter, the fraction of aerosol remaining airborne, was directly determined. This fraction is of great importance receptor modelling. Dry deposition velocities calculated using a stirred atmosphere (box) model, varied over three orders of magnitude depending on particle size. The calculated deposition velocity for unit density particles > 0.5 μm, was approximately proportional to D_p² as expected for deposition by an interception mechanism (d_p = particle aerodynamic diameter).     

大气气溶胶干沉降研究进展

从干沉降速度定义出发,综述了过去几十年来国内外在气溶胶干沉降实验技术和理论方面的主要进展.气溶胶粒子从大气向地表沉降的过程决定于颗粒物的粒径、密度和空气粘性系数,同时受空气动力学阻力、粘滞层阻力和表面收集阻力的影响,这些阻力分别与大气层温度、风速、相对湿度等微气象条件密切相关.获取干沉降速度的方法主要有示踪法、梯度法和涡流相关法等.风速的三维瞬时量、动能、摩擦速度、温度和涡旋扩散系数可由超声风速温度仪测定.由于气溶胶具有很宽的粒径谱分布,通常使用几台仪器（如串联式多级采样器、空气动力学粒径谱分布仪和扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪）进行联合测量.干沉降参数化方案中,基于斯托克斯定律的物理模型着重于平衡重力、浮力和阻力的作用,半经验方案则进一步考虑了大气湍流、分子运动以及表面捕获机制包括布朗扩散、碰撞、截留、反弹、热泳和扩散泳.然而,参数化方案预测结果在某些粒径段与外场测量数据仍存在显著差异.结合目前干沉降研究存在的问题,对今后气溶胶干沉降的研究方向和技术方法进行了展望.     

基于颗粒物化学组分粒径分布特征的源解析方法构建与评估

大气颗粒物污染来源解析可以为大气污染防控提供科学支撑.大部分颗粒物源解析研究是以化学组分为基础,此外,粒径特征也是颗粒物的重要属性之一,通过分析化学组分的粒径特征,有助于提高解析结果准确性.针对目前组分粒径分布信息利用不充分的问题,在三维多粒径因子分析模型(ABB)基础上,将已知源类标识组分粒径分布信息作为约束限制,构建基于组分粒径分布特征的多粒径源解析模型(SDABB).通过模拟数据集对模型进行了评估,探究了SDABB模型对源谱共线性和源贡献粒径分布相似性的敏感程度.结果表明,ABB模型对源谱共线性和源贡献粒径分布相似性较敏感,将粒径分布规律纳入后的SDABB模型,两种情景效果均明显变优,即SDABB模型可以较好解析共线性源类,并且对贡献粒径分布相似性不敏感.     

Size-fractionated measurement of coarse black carbon particles in deposition samples

In a 1-year field study, particle deposition flux was measured by transparent collection plates. Particle concentration was simultaneously measured with a cascade impactor. Microscopic evaluation of deposition samples provided the discrimination of translucent (mineral or biological) and black carbon particles, i.e. soot agglomerates, fly-ash cenospheres and rubber fragments in the size range from 3 to 50 μm. The deposition samples were collected in two different sampling devices. A wind- and rain-shielded measurement was achieved in the Sigma-2 device. Dry deposition data from this device were used to calculate mass concentrations of the translucent and the black particle fraction separately, approximating particle deposition velocity by Stokes' settling velocity. In mass calculations an error up to 20% has to be considered due to assumed spherical shape and unit density for all particles. Within the limitations of these assumptions, deposition velocities of the distinguished coarse particles were calculated. The results for total particulate matter in this range are in good agreement with those from impactor measurement. The coarse black carbon fraction shows a reduced deposition velocity in comparison with translucent particles. The deviation depends on precipitation amount. Further measurements and structural investigations of black carbon particles are in preparation to verify these results.