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基于分形理论的水汽在燃煤细颗粒表面异质核化数值研究

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中国电机工程学报 2009年第11期29卷 50-56页

作者：颜金培杨林军凡凤仙沈湘林东南大学能源与环境学院江苏省南京市210096

利用Fletcher模型对过饱和水汽在燃煤细颗粒表面异质核化特性进行了数值预测，对不同粒径段燃煤细颗粒的形态进行扫描电镜（scanning electron microscopy，SEM）分析，并用分形理论对细颗粒物的结构特征进行描述，考察其对细颗粒异质... 详细信息

利用Fletcher模型对过饱和水汽在燃煤细颗粒表面异质核化特性进行了数值预测，对不同粒径段燃煤细颗粒的形态进行扫描电镜（scanning electron microscopy，SEM）分析，并用分形理论对细颗粒物的结构特征进行描述，考察其对细颗粒异质核化性能的影响。结果表明，实验用的燃煤细颗粒表面具有典型的分形结构，分形维数在2．21-2．63；燃煤细颗粒的不规则结构能使液滴胚胎形成临界吉布斯自由能降低、成核速率增大、核化所需的临界过饱和度降低，可提高过饱和水汽在其表面的成核能力；此外，核化所需临界过饱和度随颗粒粒径增大而降低，特别是小于0．1μm的颗粒，粒径对过饱和度的影响更为显著，随温度提高核化所需的临界过饱和度相应降低。

关键词：燃煤细颗粒异质核化过饱和吉布斯自由能

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水汽在细微颗粒表面异质核化数值分析

东南大学学报（自然科学版） 2007年第5期37卷 833-838页

作者：凡凤仙杨林军袁竹林颜金培东南大学洁净煤发电及燃烧技术教育部重点实验室南京210096

建立蒸汽在同时含有不溶物质与可溶成分的粗糙颗粒表面核化特性数值实验平台,对水汽异质核化晶核形成自由能、成核速率、成核几率、成核临界饱和度、平衡水汽饱和度进行数值分析.结果表明:可溶性盐含量对成核自由能势垒、成核临界饱和... 详细信息

建立蒸汽在同时含有不溶物质与可溶成分的粗糙颗粒表面核化特性数值实验平台,对水汽异质核化晶核形成自由能、成核速率、成核几率、成核临界饱和度、平衡水汽饱和度进行数值分析.结果表明:可溶性盐含量对成核自由能势垒、成核临界饱和度无影响,但对晶核越过自由能势垒进一步长大过程自由能及平衡水汽饱和度影响显著.用自仿射分形理论描述粗糙颗粒表面,将表面粗糙程度与接触角联系起来,研究发现:颗粒表面粗糙度降低了成核自由能势垒,引起成核速率与成核几率迅速增大,成核临界饱和度降低,而对晶核进一步长大过程中水汽的平衡无明显影响.较高的可溶性盐含量有利于核化液滴的长大;颗粒表面越粗糙,越易于核化.

关键词：细微颗粒自仿射分形异质核化数值分析

氩蒸气在球形固体颗粒上异质核化的分子动力学模拟(英文)

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物理化学学报 2013年第4期29卷 715-722页

作者：宋粉红刘朝周轩重庆大学动力工程学院低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆400030 密歇根大学迪尔本分校机械工程学院美国迪尔本48128

异质核化在大气中广泛存在,但是其微观核化机理鲜为人知,本文应用分子动力学方法模拟过热氩蒸气在纳米球形固体颗粒物上异质核化的动态特性,讨论不同的冷却率对核化过程中系综温度、团簇分布、团簇大小以及核化速率的影响.结果显示,系... 详细信息

异质核化在大气中广泛存在,但是其微观核化机理鲜为人知,本文应用分子动力学方法模拟过热氩蒸气在纳米球形固体颗粒物上异质核化的动态特性,讨论不同的冷却率对核化过程中系综温度、团簇分布、团簇大小以及核化速率的影响.结果显示,系综内蒸气的核化温度随着冷却率的增加而降低,预先存在的球形固体颗粒在团簇的形成阶段起着重要的作用,而且存在一个临界冷却率1.80×10-9J·s-1.在该冷却率下,在异质核化系综内均质核化出现,并与异质核化共存,但是异质核化在整个核化过程中仍然占主导地位.

关键词：异质核化冷却率均质核化团簇分子动力学模拟

水蒸气在纳米固体颗粒上异质核化的分子动力学研究

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工程热物理学报 2013年第10期34卷 1813-1817页

作者：宋粉红刘朝刘娟芳解辉张智低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆大学动力工程学院重庆400030 油气藏地质及开发工程国家重点实验室西南石油大学四川成都610500

本文采用分子动力学方法对水蒸气在纳米硅固体颗粒上的异质核化过程进行了研究。氩原子作为载气,与水蒸气进行热量交换,带走水蒸气核化释放的热量;模拟系综初始温度为450 K,载气温度恒定为200 K。结果表明,核化初期小团簇由几个水分子组... 详细信息

本文采用分子动力学方法对水蒸气在纳米硅固体颗粒上的异质核化过程进行了研究。氩原子作为载气,与水蒸气进行热量交换,带走水蒸气核化释放的热量;模拟系综初始温度为450 K,载气温度恒定为200 K。结果表明,核化初期小团簇由几个水分子组成,然后小团簇聚并形成大团簇,核化在纳米固体颗粒上的团簇为最大团簇。通过对比发现,异质核化系综内纳米固体颗粒能够促使核化发生,异质核化温度为360 K,高于353 K的均质核化温度。根据团簇分析,在同等条件下水蒸气异质核化率与均质核化率数量级相同,比理论预测值低一个数量级。

关键词：异质核化团簇核化率分子动力学

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氩蒸汽异质核化的分子动力学模拟研究

工程热物理学报 2011年第7期32卷 1099-1102页

作者：宋粉红刘朝解辉重庆大学动力工程学院低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆400030

建立了一个分子动力学研究蒸汽异质核化的模型,对氩蒸汽异质核化进行MD模拟研究。氩蒸气的初始温度为300 K,冷却终温为80 K,冷却速率为0.0002 m/s。异质核化成核现象表明核化均以固体颗粒为核化中心,核化温度高于均质核化。同时统计了... 详细信息

建立了一个分子动力学研究蒸汽异质核化的模型,对氩蒸汽异质核化进行MD模拟研究。氩蒸气的初始温度为300 K,冷却终温为80 K,冷却速率为0.0002 m/s。异质核化成核现象表明核化均以固体颗粒为核化中心,核化温度高于均质核化。同时统计了不同氩蒸汽粒子数异质核化的核化团簇的密度、法向压力、切向压力分布,计算团簇的表面张力。异质核化与均质核化的对比表明,均质核化核化中心随机,异质核化以固体颗粒为核化中心;均质核化团簇液相密度分布均匀,异质核化中心固体颗粒处密度高于液相均匀密度,固体颗粒处的液体粒子呈现类固体结构。

关键词：异质核化均质核化团簇分子动力学

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蒸汽在细微颗粒表面异质核化研究进展

化工进展 2009年第9期28卷 1496-1500页

作者：凡凤仙杨林军袁竹林上海理工大学动力工程学院上海200093 东南大学能源与环境学院江苏南京210096

总结了蒸汽在细微颗粒表面异质核化理论的发展与实验研究状况,将异质核化理论归纳为经典异质核化理论、密度函数理论、分子动力学MonteCarlo理论,分析了这3种理论的特点。结合蒸汽相变技术在控制燃烧源PM2.5排放上的应用,指出进行过饱... 详细信息

总结了蒸汽在细微颗粒表面异质核化理论的发展与实验研究状况,将异质核化理论归纳为经典异质核化理论、密度函数理论、分子动力学MonteCarlo理论,分析了这3种理论的特点。结合蒸汽相变技术在控制燃烧源PM2.5排放上的应用,指出进行过饱和蒸汽在燃烧源PM2.5表面异质核化研究的意义与方法。

关键词：细微颗粒(PM2.5) 蒸汽相变异质核化

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冰晶异质核化对雷暴云电过程影响的数值模拟

热带气象学报 2021年第3期37卷 468-477页

作者：李璐滢师正谭涌波汪海潮林晓彤南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心/中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室江苏南京210044

引入一种新型冰晶异质核化方案,基于二维雷暴云模式,探讨雷暴云电过程对三种异质核化的响应。结果表明:浸润核化是冰晶生成的最重要异质核化过程,较高数浓度的冰晶消耗雷暴云内液态水含量,抑制淞附过程,导致霰粒子比含水量低,表现为较... 详细信息

引入一种新型冰晶异质核化方案,基于二维雷暴云模式,探讨雷暴云电过程对三种异质核化的响应。结果表明:浸润核化是冰晶生成的最重要异质核化过程,较高数浓度的冰晶消耗雷暴云内液态水含量,抑制淞附过程,导致霰粒子比含水量低,表现为较强的负极性非感应起电率;接触核化生成的冰晶量最少,仅对雷暴云中下层3~5 km处的冰晶有贡献,同时霰粒子数浓度较低,导致该方案下的起电过程最弱;沉积核化主要影响云砧处的冰晶,有利于提高霰收集云滴的效率,表现为极高的霰比含水量,促进低温区非感应起电过程的发生。总体上来看,三个方案下的电荷结构均由较复杂的多极性发展为偶极性。其中浸润方案中主正电荷区的抬升最明显,而接触方案过低的冰晶分布高度与沉积方案过高的冰晶分布高度,都直接导致了次正电荷区更快消散。

关键词：异质核化冰核非感应起电电荷结构数值模拟

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凝聚核粒子计数器关键技术研究与系统开发

凝聚核粒子计数器关键技术研究与系统开发

作者：蒋尊阳北方民族大学

学位级别：硕士

随着科学技术的进步,医疗、半导体等行业对空气中细微颗粒的物检测要求越来越严格。基于光散射原理的激光尘埃粒子计数器缺乏对粒径0.1μm及以下颗粒物的检测能力,已经不能满足相关行业的需求。为实现更小粒径颗粒物的检测,凝聚核粒子... 详细信息

随着科学技术的进步,医疗、半导体等行业对空气中细微颗粒的物检测要求越来越严格。基于光散射原理的激光尘埃粒子计数器缺乏对粒径0.1μm及以下颗粒物的检测能力,已经不能满足相关行业的需求。为实现更小粒径颗粒物的检测,凝聚核粒子计数器应运而生。凝聚核粒子计数器是检测气溶胶中亚微米及纳米量级颗粒物数量的仪器。该仪器依据过饱和蒸汽异质核化原理实现颗粒物的生长增大,便于光学粒子计数传感器对颗粒物检测。本文分析了凝聚核粒子计数器的基本原理,设计了凝聚核粒子计数器实验装置并开展了相关实验研究。论文主要研究内容包括:(1)生长装置是凝聚核粒子计数器的关键技术之一,其性能直接决定颗粒物生长的效果。本文依据多孔材料的毛细现象,设计了生长装置的多孔介质,使饱和腔中均匀分布充足的正丁醇蒸汽。基于过饱和蒸汽异质核化原理,设计了凝聚核粒子计数器的生长装置,实现了纳米级颗粒物的生长。(2)依据凝聚核粒子计数器的硬件性能需求,本文以STM32F407ZGT6为主控芯片进行硬件电路设计。针对整体电源需求及外围电路驱动,设计了多级电压的电源系统。针对微弱粒子信号抗干扰能力差和采集困难问题,设计了基于运算放大器与滞回比较器信号处理电路,提高了信号采集能力。针对流量与温度的调节,设计了脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)电路,实现了对气泵、制冷片、加热膜的控制。(3)根据软件功能需求,采用串口屏实现了人机交互界面设计,以方便用户进行操作和数据显示。使用比例积分微分(Proportional Integral Derivative,PID)算法进行闭环控制,实现1L/min流量控制。使用定时器外部触发(External Trigger,ETR)计数方式,实现对脉冲信号的计数。应用轻量型键值数据库,实现对历史数据查找、删除等操作。经过实验对比,本文设计的凝聚核粒子计数器,流量稳定性在2%以内,温度误差为±0.2℃,以TSI 3772型凝聚核粒子计数器为标准仪器的计数相对误差在±10%以内,达到了设计要求,满足行业规范。

关键词：凝聚核粒子计数器异质核化生长装置信号处理流量控制

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凝聚核粒子计数器原理与实验研究

国外电子测量技术 2024年第6期43卷 94-101页

作者：张白蒋尊阳曹威孔德超北方民族大学银川750021

针对环境中纳米量级颗粒物浓度检测问题,对凝聚核粒子计数器进行了研究与设计。首先对凝聚核粒子生长原理及检测原理进行了研究,并依据异质核化原理设计了凝聚核粒子计数器的生长装置;其次设计了传感器后级信号处理电路用于解决微弱粒... 详细信息

针对环境中纳米量级颗粒物浓度检测问题,对凝聚核粒子计数器进行了研究与设计。首先对凝聚核粒子生长原理及检测原理进行了研究,并依据异质核化原理设计了凝聚核粒子计数器的生长装置;其次设计了传感器后级信号处理电路用于解决微弱粒子检测信号抗干扰能力差和测量困难问题;然后设计了基于抗饱和积分PID的控制系统,实现了采样流量的闭环控;最后制研制了凝聚核粒子计数器样机,并开展了流量控制、纳米量级粒子生长及计数实验。实验结果表明,设计的凝聚核粒子计数器,流量稳定性在2%以内,以TSI3772型凝聚核粒子计数器为标准仪器的计数相对误差在±8.5%以内,满足了行业规范要求。

关键词：凝聚核粒子计数器异质核化生长装置信号处理