风对气溶胶粒子粒径演化过程影响的数值模拟

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生活在中国北方城市的人们近几年普遍感受到,雾霾的发生频率在不断增加,特别是在2013年其出现频率之多、持续时间之长、污染程度之重都创下了历史记录。面对大气环境不容忽视的严峻挑战,我们必须重视对雾霾问题的相关研究。虽然风对雾霾污染物的去除是显而易见的,其作用机理主要是通风输送作用和混凝成长作用,但是本文以气溶胶粒子的成长过程进行数值模拟计算,研究了风对气溶胶粒子的成长与去除作用。本研究模拟在一个密闭的空间内,均匀且不断地注入气溶胶粒子,注入的粒子通过混凝作用,其粒径随着时间呈一定的变化规律。研究采用的是Hounslow混凝动力学模型,布朗碰撞核选用了 Fuchs建立的过渡区混凝核,模拟采用MATLAB软件。首先通过粒子的数目分布模拟与前人所作的研究进行比对,检验了求解方法和计算程序的可靠性;紧接着模拟了在不同条件下的球形粒子和分形粒子的粒径分布演变,得出了在纯布朗作用下粒子的粒径演变规律,即注入源对球形粒子和分形粒子的粒径增长均起到了促进作用,其中,排放源对促进分形粒子的粒径增长效果更为显著;最后分别从剪切作用和通风作用两个方面进行模拟研究,讨论了风对球形粒子粒径演变的影响规律,得出剪切作用加快了粒子的混凝进程,而剪切和通风共同作用下粒径的增长最终会达到一个稳定值,且在一定范围内随着通风速率逐渐增大,粒径增长到达稳定值的时间越短,这是因为风对雾霾的水平搬运作用。
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