模拟舱内微细水雾捕获细颗粒物的机理开题报告

1. 研究目的与意义

细颗粒物(pm2.5)是指空气动力学直径≤2.5μm的颗粒物，能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越严重。虽然pm2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，pm2.5粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质，并可通过呼吸沉积在肺泡,甚至可通过肺换气到达其他器官。且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响大。细颗粒物与心肺疾病密切相关,如增加入院率、急诊次数、呼吸疾病及症状增加、肺功能下降,甚至于过早死亡

近年来由于人们对室内空气环境舒适度要求的不断提高，空气品质这一问题被广泛关注。特别是2003年sars在中国乃至全世界范围内的传播，更加速了人们对这一问题的关注程度，尤其在中国。2013年初，我国北方大部分城市长时间出现灰霾大气现象，严重影响人们的健康生活，而这一现象的元凶便是细颗粒物。

根据资料显示，10um以下的颗粒物难以去除，许多传统的除尘器已经不能满足对粒径更细的2.5um以下的颗粒物高效的捕集。我们的研究通过在室内通入水雾，与pm2.5结合，不断洗涤过滤，从而减少空气中的细颗粒物含量，提高空气质量，使人们拥有优良的生活环境和更高的生活质量。

2. 国内外研究现状分析

国际上各个国家都将细颗粒物作为大气环境污染和控制研究的重点，美国，欧洲，日本，澳大利亚等都长期支持相关的研究工作。例如：(1)美国能源部的燃烧源控制计划；（2）美国nsf资助的移动源和固定源矿物燃料燃烧产生的细颗粒物的分子结构的研究；（3）欧盟组织了欧办。目前为止，科学家已成功想出了各种技术捕获细颗粒物，包括电凝并技术、高能声学技术、磁团聚与磁分离技术、化学及其他团聚促进技术、水雾捕集技术等等。

中国国务院在2013年9月发布了《大气污染防治行动计划》，拟投入1.7万亿元进行大气污染治理，要求经过5年努力，全国空气质量总体改善，重度污染天气大幅减少。国务院总理李克强2月12日主持召开国务院常务会议，要求以雾霾频发的特大城市和区域为重点，以pm2.5和pm10治理为突破口，抓住能源结构、尾气排放和扬尘等关键环节，下大力气、标本兼治，努力实现重点区域空气质量逐步好转，消除人民群众心肺之患。

随着工业的不断发展，排放的颗粒污染物的数量越来越多，大气中粉尘的浓度也越来越大，粉尘对人们的生活环境和人体健康的危害也越来越大。对除尘设备的性能及可靠性提出了更高的要求。传统的除尘器已经很难满足高标准排放及经济性能优越的要求。因此，改进除尘技术，提高除尘效果，是当前我国粉尘防治政策中最重要的一部分。

3. 研究的基本内容与计划

内容要求：通过研究超声雾化产生的微小雾滴与pm2.5颗粒在复杂环境下（温度、风速、颗粒物浓度等）相互作用的机理以及雾滴在植物叶片上的集聚对抑制pm2.5浓度的作用来获得一种绿色环保、耗水量小、可广泛应用的抑制霾污染的方法和一些创新性的理论。建立一套切实可行的、适用范围广的抑制近地表pm2.5空气污染的方法：从空压机出来的压缩空气,经减压阀调压后由气体管路进入喷头进气口,冲击共振腔产生一强的声能区。水泵加压后的压力水,通过泄水三通调节水量后进入喷头进水口,在压缩空气冲击形成的超声波作用下,被迅速雾化成微细水雾喷向含尘空间。

研究内容包括：

（1）微小雾滴捕获pm2.5的机理及雾滴尺度对捕获效率的影响；

4. 研究创新点

喷水降尘很早以前就开始有所应用，但水滴的直径大小与清除细颗粒物（pm2.5）等飘浮微尘的效果之间关系的研究有待深入进行。我们课题通过研究不同温度，湿度以及用水的洁净度下，微细水雾捕获细颗粒物的不同效果，从而设计出最佳方案，达到除尘5最优化以及成本最小化。

我们的设计采用非过滤式的、环保低耗、可长期使用的局部空间（如：办公室）的pm2.5浓度抑制方法及原理。微细水雾有除尘、抑尘的作用，超声雾化属于冷雾化，在将水雾化的过程中无需加热，耗能少。实验证实超声雾化可以产生粒径接近pm10/pm2.5的雾滴。

水雾蒸发为蒸汽后就进入了云物理学范畴，这时另一种机理冷凝核化的机理将起重要作用，这就是当水雾不断大量蒸发，空气中湿度会迅速饱和，饱和后的水汽会直接在尘粉上凝聚，使粒径不断增大。虽然增大的速度与尘的亲水性、温度、电荷等等因素有关，但是，令人鼓舞的是这种增大不需要太多，只要到10-20微米就会落下或轻易地被一般水雾除去，显现出对控制细颗粒物的良好效果。