【摘要】：亞微米及納米顆粒兩相流是自然界的普遍現(xiàn)象,并且在大氣環(huán)境科學(xué)、現(xiàn)代納米材料制備、工程熱物理、化工合成、吸入毒理學(xué)及醫(yī)療制藥等諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,是目前流體力學(xué)的研究熱點(diǎn)。作為亞微米及納米顆粒兩相流的分支之一,剪切流中的納米顆粒運(yùn)動(dòng)學(xué)行為及其分布特性因其有很強(qiáng)的工程應(yīng)用背景與科學(xué)研究?jī)r(jià)值而日益得到關(guān)注。納米顆粒在剪切流中的動(dòng)力學(xué)過(guò)程可以概括為納米顆粒的凝并與彌散,這兩個(gè)過(guò)程實(shí)際上在粒子群的微觀(guān)運(yùn)動(dòng)中是同時(shí)發(fā)生的,但在宏觀(guān)上則在一定時(shí)間尺度內(nèi)具體表現(xiàn)為凝并或彌散。本文的研究圍繞剪切流中的納米顆粒凝并與彌散展開(kāi)。對(duì)于剪切流中的顆粒凝并,我們對(duì)圓柱繞流場(chǎng)的納米顆粒分布特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,而利用矩方法對(duì)有限邊界的平面射流進(jìn)行了數(shù)值模擬。實(shí)驗(yàn)研究表明,因?yàn)閳A柱對(duì)來(lái)流顆粒的捕獲或改變其運(yùn)動(dòng)方向、小顆粒(Dp≤200nm)間的凝并,所以相比于來(lái)流的總數(shù)濃度,尾流的總數(shù)濃度要小。尾流區(qū)域小顆粒的凝并與圓柱壁面的捕獲直接導(dǎo)致了,尾流的幾何平均直徑GMD要明顯大于來(lái)流的GMD.尾流總濃度的減小與GMD的增大都是顆粒群發(fā)生凝并的宏觀(guān)表現(xiàn),這表明此時(shí)顆粒在圓柱繞流中的凝并相比破碎或分散要更強(qiáng)。由于顆粒的凝并與積聚,來(lái)流與尾流的GMD總體上都隨時(shí)間逐漸增加,并且具有相似的時(shí)間演化規(guī)律。不同的是兩者隨時(shí)間的演化規(guī)律在時(shí)間上存在一個(gè)明顯時(shí)間延遲,尾流的變化滯后于來(lái)流的變化,并且該延遲隨著Re數(shù)的增大而增大。有限邊界的平面射流數(shù)值結(jié)果則顯示顆�？倲�(shù)濃度的分布同時(shí)受射流卷吸層和顆粒凝并與擴(kuò)散的影響。顆粒的總濃度沿射流方向逐漸減小,而顆粒的分布區(qū)域則隨湍流擴(kuò)散而逐漸擴(kuò)大。射流的擬序結(jié)構(gòu)對(duì)顆粒的總質(zhì)量濃度分布特性有重要影響。由于顆粒的凝并,粒子平均中徑越下游逐漸增大,最大的中值粒徑分布在射流中心區(qū)域。對(duì)于剪切流中的納米顆粒彌散,本文主要對(duì)連續(xù)噴射彌散的實(shí)現(xiàn)及其過(guò)程機(jī)理開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究與理論分析。構(gòu)建了由定量精密粉末給料器精確控制工業(yè)納米顆粒(ENPs)給料的連續(xù)噴射彌散系統(tǒng),解決ENPs的連續(xù)噴射彌散。針對(duì)給料器剩料容器內(nèi)部壓力與噴射器真空端的壓力不平衡問(wèn)題,首次給出了一種新型的壓力平衡裝置。對(duì)給料器與壓力平衡單元的協(xié)同給料特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)協(xié)同給料時(shí),給料速率的穩(wěn)定性仍然保持在較高水平。限于多數(shù)噴射彌散得到ENPs粒徑分布都超出SMPS的掃描上限,SMPS自帶的Hoppel多電荷修正(H-MCC)已不能適用,根據(jù)He M. L.(2013)提出的擬合多電荷修正(f-MCC)思想結(jié)合本實(shí)驗(yàn),獨(dú)立開(kāi)發(fā)了適用于本文噴射彌散實(shí)驗(yàn)結(jié)果的f-MCC算法。通過(guò)濕式噴霧彌散Ti02得到適用于H-MCC的粒徑分布,分別由f-MCC與H-MCC處理該原始粒徑分布。結(jié)果表明,除了峰值粒徑附近的數(shù)密度兩者的偏差約為10%以外,其它分布特征參數(shù)的相對(duì)偏差都小于1%。粒徑分布超出掃描上限的范圍越大,H-MCC誤差越大,而f-MCC的修正效果越明顯。采用SMPS測(cè)量不同材料、給料速率Dr及噴射器入口壓力Pj下的噴射彌散結(jié)果,并由f-MCC進(jìn)行多電荷修正,獲取準(zhǔn)確的粒徑分布。結(jié)果表明彌散ENPs粒徑分布受初始粒徑影響較大,初始粒徑越小,所得分布的峰值粒徑、中值粒徑及GMD則越大。由于多數(shù)ENPs的初始粒徑正好處于過(guò)渡區(qū),顆粒受到的Stokes力因邊界層出現(xiàn)滑移而減小,范德華引力與靜電力等則隨初始粒徑的減小而得到加強(qiáng),通過(guò)空氣動(dòng)力彌散的難度則倍增。隨著給料速率的增加,噴射彌散的難度增大。噴射器入口壓力Pj增大時(shí),總數(shù)濃度隨之增加,而峰值粒徑、中值粒徑、GMD等隨之減小,顯然,噴射彌散效果因此得到加強(qiáng)。通過(guò)不同材料、給料速率Dr及噴射器入口壓力Pj及Qv對(duì)粒徑分布的影響及其機(jī)理分析,可知ENPs的噴射彌散過(guò)程同時(shí)包括空氣動(dòng)力作用的空氣-顆粒分散機(jī)制及顆粒-壁面碰撞機(jī)制。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：O359

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李建,鄧昭鏡;相轉(zhuǎn)移中α-三氧化二鋁超微粒粒徑分布特性研究[J];西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1991年03期

2 元英進(jìn),胡宗定;長(zhǎng)春花植物細(xì)胞團(tuán)的粒徑分布及其模糊數(shù)學(xué)模型[J];化工學(xué)報(bào);1992年03期

3 陳思英;張功;夏尚光;楊書(shū)運(yùn);;合肥城市綠化對(duì)粉塵粒徑分布的影響研究[J];中國(guó)城市林業(yè);2013年05期

4 于敦喜;徐明厚;姚洪;劉小偉;周科;;燃煤顆粒物三模態(tài)的有效識(shí)別[J];科學(xué)通報(bào);2007年24期

5 梁一平,鄧昭鏡;金超微粒沉降凝聚的溫度效應(yīng)[J];西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1991年03期

6 劉濤;左浩毅;;遺傳算法反演氣溶膠粒徑分布計(jì)算模擬研究[J];光散射學(xué)報(bào);2009年04期

7 武生智,魏春玲,馬崇武,苗天德;沙粒粗糙度和粒徑分布的分形特性[J];蘭州大學(xué)學(xué)報(bào);1999年01期

8 方治國(guó);歐陽(yáng)志云;胡利鋒;王效科;林學(xué)強(qiáng);;北京市三個(gè)功能區(qū)空氣微生物中值直徑及粒徑分布特征[J];生態(tài)學(xué)報(bào);2005年12期

9 朱光華;沈新尹;汪新福;王皖虹;;大氣氣溶膠粒徑分布的數(shù)值擬合[J];北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1991年03期

10 李德標(biāo);郭烈錦;王躍社;王曄春;肖鋒軍;;風(fēng)沙流中顆粒相濃度和粒度的瞬態(tài)同步測(cè)量[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2012年09期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 李經(jīng)民;陳宜慧;白光宇;蔡宜紋;;秋收季節(jié)稻作生質(zhì)燃燒粒子大氣脫水醣類(lèi)成份與粒徑分布研究[A];第五屆海峽兩岸氣溶膠技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2008年

2 蔡仁雄;陳瑞仁;陳士杰;東靜姍;周俊利;林文印;R壣艸，

本文編號(hào)：2273730