PM2.5的监测与防治技术

为了应对日益严重的雾霾问题,文章从PM2.5的检测和防治角度研究雾霾问题,希望能为解决雾霾问题提供一种解决思路以及技术方案,为减小PM2.5引发的环境等问题作出有益贡献。     

环形切割器性能数值模拟研究

现代大型水面舰艇大多采用多层舱室、复合装甲甲板、侧舷等技术,提高抗打击能力,这就要求半穿甲反舰导弹战斗部需要有更大的侵彻能力,才能有效对海上大型水面舰艇实施有效的打击。采用环形切割器作为高效毁伤战斗部的前级,可大大提高战斗部的威力。本文利用LS-DYNA建立了数值仿真模型,分析了射流形态、射流速度、起爆方式等影响环形切割器破甲的因素。仿真结果表明:药型罩开口直径6cm,可以有效切割5cm厚靶板。     

环形切割器性能数值模拟研究

现代大型水面舰艇大多采用多层舱室、复合装甲甲板、侧舷等技术,提高抗打击能力,这就要求半穿甲反舰导弹战斗部需要有更大的侵彻能力,才能有效对海上大型水面舰艇实施有效的打击。采用环形切割器作为高效毁伤战斗部的前级,可大大提高战斗部的威力。本文利用LS-DYNA建立了数值仿真模型,分析了射流形态、射流速度、起爆方式等影响环形切割器破甲的因素。仿真结果表明:药型罩开口直径6cm,可以有效切割5cm厚靶板。     

灰斗抽气对旋风分离器分离性能影响数值模拟研究

 利用计算流体动力学软件FLUENT对旋风分离器内气固两相流动特性进行三维数值模拟,模拟气相流场采用雷诺应力模型,应用随机轨道模型模拟湍流流场中颗粒的运动轨迹,同时给出了不同抽气率下旋风分离器的速度、压力分布,计算出旋风器分级效率,模拟结果与文献实验数据吻合较好.结果表明,灰斗抽气可以提高锥体内旋转气流切向速度,轴向速度减少能够降低气流携带颗粒返混能力,并减小排气芯管下口短路流,提高旋风分离器分离效率.对于给定的旋风分离器,抽气率应有一最优值.     

PM2.5切割器切割特性研究

正一、PM2.5切割器简介PM2.5测定过程分为颗粒物的收集和滤膜称重,颗粒物的收集需要利用空气动力学原理把PM2.5与更大的颗粒物分开。PM2.5切割器能将大气颗粒物中空气动力学直径小于或等于2.5μm的颗粒物分离出来。对于PM2.5切割器来说,2.5μm是一个统计值,即空气动力学当量直径为2.5μm的颗粒有50%的概率能通过切割器。PM2.5切割器是PM2.5测量仪器的核心器件,决定了收集颗粒物的大小。PM2.5切割器切割特性检测是PM2.5监测     

PM2.5监测技术的发展及测量数据准确性的保障

随着环境空气质量的不断恶化以及人们对生活环境要求的不断提高,环境空气质量的准确监测促使PM2.5监测技术不断进步。本文介外PM2.5的监测现状,以及重量法、微量振荡天平法、β射线法、光散射法等普遍使用的监测方法及原理;同时指出,可以通过方法比对以及建立量系的方法来实现PM2.5监测数据的可比性,确保监测数据准确可靠。     

PM2.5细颗粒物在肺腺泡区运动及沉积的数值模拟

采用数值模拟方法研究了肺腺泡区气流和可吸入颗粒的运动沉积规律.区别于以往的单级固定壁研究方法,本文利用Weibel-A模型中的肺腺泡几何数据,建立了完整覆盖0~8级肺腺泡区的二维几何模型,并通过动边界方法引入节律收缩/扩张的呼吸动力学机制.随后针对正常成年人平静呼吸状态,研究了人体肺腺泡区的非定常流场特性.在此基础上,在拉格朗日框架下研究了可吸入颗粒物的运动,统计了颗粒物的沉积率并对主要沉积机理进行了分析.结果表明:布朗扩散是粒径较小颗粒(0.01μm≤dp≤0.50μm)传输和沉积的主导因素,而重力沉降是粒径较大颗粒(0.50μmdp2.50μm)传输和沉积的主导因素;可吸入颗粒物在肺腺泡内的沉积率与颗粒密度以及粒径等因素密切相关.研究结果可以为可吸入颗粒物对人体健康影响的研究以及微流控人工肺的研究等提供依据.     

基于静态箱法的PM2.5切割器捕集效率评价及拟合曲线优化研究

研究了基于静态箱法的PM2.5切割器捕集效率评价系统。通过设计并搭建评价系统,使用标准规定的8种粒径的聚苯乙烯小球进行雾化发尘,在静态箱中产生符合测量要求的气溶胶环境,使用空气动力学粒径谱仪对切割前后的颗粒物进行计数测量、最终获取切割器的捕集效率曲线,并选择最佳插值拟合算法进行数据拟合。通过对国产以及进口的切割器分别进行评价实验,获取了切割器的捕集效率。该研究结果有助于规范切割器的生产与使用,为后续开展其他类型切割器的评价提供参考。     

细颗粒物PM_(2.5)浓度测量及计量技术

介绍细颗粒物PM2.5浓度测量、测量仪器的量值溯源方法和标准装置、切割头切割特性的检测方法,以及检测用标准粒子的制备;研制PM2.5采样器切割头检测装置,制备粒径范围在1.0⁴.0μmm的用于PM2.5采样器切割头切割特性检测的系列标准粒子,对可吸入颗粒物测量仪量值传递方法和准确性检验方法进行研究。通过本研究工作,可以建立PM2.5测量的参考方法,实现对PM2.5测量结果的准确溯源,使得PM2.5的检测数据可溯源至质量标准。     

乳化炸药线型切割器对薄壳弹药销毁效果的数值模拟研究

针对目前的弹药销毁状况,为了减轻直接爆破的环境压力,利用理论分析及数值模拟的方法,首先对设计的简易乳化炸药线型切割器的药型罩材料进行确定,数值模拟表明:铝质药型罩所形成的射流侵彻能力要比紫铜材质的提高28%,而后利用ANSYS数值模拟得出该切割器最佳炸高为15 mm。最后对乳化炸药线型切割器切割薄壳弹药的过程进行数值模拟,证明该切割器可以达到切去弹药外壳而不产生剧烈爆轰及高速破片的效果。     

进气流量对PM2.5切割器捕集效率的影响

市面上常见的切割器均规定了固定的工作流量,当进入切割器的气流量不符合其标准工作流量时,就会带来捕集效率的偏差。通过搭建基于静态箱法的切割器捕集效率评价系统,对国产、进口的旋风式PM2.5切割器的捕集效率进行了评价,研究了切割器标准工作流量及该值的70%、80%、120%、130%作为抽气流量时对PM2.5切割器的捕集效率的影响。实验结果表明,PM2.5切割器的Da50会随着进气流量的改变呈现相反的变化趋势,Da50值分布范围为标准工作流量下该值的140%至80%;但捕集效率曲线的几何标准偏差在不同进气流量下几乎不变,对比标准工作流量下的偏移量不超过0.9%。该研究结果对于进一步规范切割器的制造及使用提供参考。     

Influences of inlet height and velocity on main performances in the cyclone separator

Aiming at improving collection efficiency in the cyclone separator, the effects of inlet height and velocity on tangential velocity, static pressure and collection efficiency were studied. A three-dimensional model including gas-flow, and particle-dynamics fields was built by the Reynolds stress turbulence model, and the numerical simulation was achieved using the FLUENT software. The static pressure distribution, tangential velocity distribution, and particle trajectory of the cyclone were obtained, and the variation law of the collection efficiency with inlet height and velocity as well as particle diameter was analyzed. Numerical results indicate that both the static pressure and the tangential velocity in the cyclone basically present the axial symmetrical distribution, the static pressure shows a nonlinear increasing trend in the radius direction and the distribution of the tangential velocity is in the shape of a “hump.” The increase of inlet height in a certain range reduces the rotation numbers of particles in the cyclone and shortens the residence time, which results in the improvement of trapping performance. Furthermore, the appropriately increasing inlet velocity in a reasonable range can make the collection efficiency increased.     

PM2.5监测仪检测用国家一级标准物质的研制

介绍了细颗粒物PM2.5监测仪检测用国家一级标准物质(标物号:GBW13642～GBW13649)的研制方法。用球形度好的单分散交联聚苯乙烯微球作为标准物质候选物,采用可溯源至国家长度基准的测量方法(扫描电子显微镜和图像分析法)及密度测量等方法为标准物质定值;利用经典气溶胶动力学当量直径计算方法,对其空气动力学直径进行建模分析。实验验证:该标准物质适用于PM2.5监测仪切割特性的检测校准以及作为尘源用于PM2.5监测仪量值的检测与校准。     

Numerical Modeling of Silicon Photodiodes for High-Accuracy Applications Part II. Interpreting Oxide-Bias Experiments

The semiconductor device modeling program PC-1D and the programs that support its use in high-accuracy modeling of photodiodes, all of which were described in Part I of this series of papers, are used to simulate oxide-bias self-calibration experiments on three different types of silicon photodiodes. It is shown that these simulations can be used to determine photodiode characteristics, including the internal quantum efficiency for the different types of photodiodes. In the latter case, the simulations provide more accurate values than can be determined by using the conventional data reduction procedure, and an uncertainty estimate can be derived. Finally, it is shown that 0.9997 ± 0.0003 is a nominal value for the internal quantum efficiency of one type of photodiode over the 440 to 460 nm spectral region.     

高温高压旋风分离器流场模拟及性能试验

提出一种圆形径向进口、筒体段扩径的拱顶旋风分离器新结构;并与PV型分离器进行了流场和分离性能对比。结果表明:在相同处理气量下,新型分离器外旋流区切向速度显著大于PV型,中心涡核区轴向速度小于PV型;用中位粒径为9μm的滑石粉进行冷模试验,新型旋风分离器分离效率比PV型高约1%;新型旋风分离器结构强度和分离性能优良,适合高温、高压的工况下应用。     

基于参数化建模的控温包装传热仿真系统开发

目的 开发控温包装传热仿真系统Tpackage,通过参数化建模和传热仿真,对控温包装的保温效果进行有效分析。方法 以典型控温包装为研究对象,基于OpenCASCADE、QT与VTK设计控温包装参数化建模模块;分析包装内外热量传递规律,开发控温包装传热求解器模块。集成2个模块实现控温包装的参数化建模和传热过程的数值模拟。结果 使用Tpakcage在30、40 ℃ 2个环境温度下对2套控温包装系统(TC1、TC2)进行传热仿真,并采用Comsol进行同条件模拟,产品测温点到达8 ℃所经过时间的最大误差分别为7.04%(TC1-30 ℃)、9.87%(TC1-40 ℃)、8.82%(TC2-30 ℃)、9.73%(TC2-40 ℃);在30 ℃条件下进行实际验证实验,通过Tpackage进行同条件对比验证,产品测温点到达8 ℃所用时间的最大误差为9.47%。结论 Tpackage能够实现典型控温包装的参数化建模,并有效评估控温包装的温度场分布。该研究可为控温包装优化设计提供参考,提高控温包装设计效率。     

基于GA-BP神经网络大气中PM2.5软测量研究

大气中PM2.5质量浓度变化具有较强的非线性特性,传统的软测量方法很难对其做出准确的计量监测。针对传统BP神经网络易陷入局部最小值的缺陷,将遗传算法和BP神经网络相结合建立了GA-BP神经网络软测量模型,将该模型应用到大气PM2.5质量浓度的计量监测中,并与传统BP神经网络模型的监测结果进行对比,结果表明经过遗传算法优化后的模型具有更好的非线性拟合能力和更高的监测精度。     

医用洁净送风天花的速度场和抗干扰能力的数值模拟分析

应用κ-ε两方程模型，对医用洁净送风天花的速度场，室外的干扰对室内的影响进行了数值模拟分析。     

Experimental and numerical investigation of catalytic PM combustion in a fluidized bed type PM removal device for low-temperature continuous regeneration

A fluidized bed filter can perform highly efficient PM collection and low-temperature continuous regeneration. However, to further reduce continuous regeneration temperature, a rough surface bed particle was selected herein. It is expected that the rough surface increases and stabilizes doped catalyst on bed particle even in fluidized bed. This bed particle can stably support 9.48 g-catalyst/kg-bed particle of doped catalyst versus 1.58 g-catalyst/kg-bed particle in previous research. This increase in catalyst amount increases the probability of good PM-catalyst contact, and collection efficiency can easily maintain its initial value due to catalytic PM combustion. PM combustion also depends on fluidization. Thus, combustion kinetics in a fluidized bed was investigated via a newly developed thermogravimetric analyzer that considered PM-gas relative velocity, and a constructed kinetic model was applied to numerical simulation. PM combustion obeyed an Arrhenius relationship, and the effect of PM-gas relative velocity was included in the kinetic model as a mass transfer term. A continuous regeneration experiment was conducted under optimal conditions, and the continuous regeneration temperature is 330 °C. As water vapor occurs in combustor exhaust, we added 10 vol% water vapor and found that the continuous regeneration is further reduced to 300 °C.