竖直矩形窄通道内PM_1颗粒沉积的数值模拟

采用数值模拟,在长为1 000mm,截面为20mm×20mm的竖直矩形窄通道内,研究不同温度场内PM1颗粒湍流工况下的沉积规律。对气相采用标准k-ε模型来预测通道内流场与近壁面区域的湍流变化,对PM1颗粒采用DPM(DiscretePhaseModel)离散相模型来跟踪颗粒的运动轨迹。在模拟计算前,对模型进行网格敏感性分析,确定网格节点数为180 000。结果表明,矩形通道内湍流扩散作用、热泳效应和二次流的共同作用使PM1颗粒在近壁面区域富集;矩形窄通道内的二次流使PM1颗粒随主流被"搬移"到拐角和靠近拐角的壁面处,并在此大量富集;在温度场内近壁面区域,热泳力是PM1在冷壁面上发生沉积的最主要因素,但随主流温度的增高,PM1颗粒布朗运动显著增强,致使其无规则运动和扩散加强,不利于形成稳定的富集区,减弱了PM1颗粒在冷壁面上的沉积。

两种截面窄通道内PM_1颗粒沉积数值模拟对比研究

基于FLUENT软件,对尺寸为20 mm×20 mm×1000 mm(通道1)和10 mm×30 mm×1000 mm(通道2)的竖直矩形窄通道内,不同温度场中动力学直径小于或等于1μm的颗粒物(PM1)在湍流工况下的沉积规律进行数值模拟研究。气相采用标准k-模型,PM1颗粒采用离散相模型(DPM)。结果表明,矩形通道内湍流扩散、热泳效应和二次流的共同作用使PM1颗粒在近壁面区域富集;湍流扩散使主流区的PM1颗粒在靠近壁面处富集;二次流是PM1在拐角附近产生富集的主要原因;而在温度场内近壁面区域,热泳力是PM1在冷壁上发生沉积的最主要因素;随主流温度的增高,PM1颗粒布朗运动增强,使PM1的无规则运动和扩散加强,不利于PM1形成稳定的富集区,减弱了PM1在冷壁面上的沉积。

华北地区夏季大气亚微米颗粒物的半挥发性特征

利用热扩散管TD（Thermal Denuder）与高分辨飞行时间气溶胶质谱仪（HR-To F-AMS）联用法,于2013年6—7月对华北地区国家环境空气质量评价区域点香河的大气PM1（亚微米颗粒物）及其组分〔OM（有机质）、SO42-、NO3-、NH4＋、Cl-〕进行连续在线观测,并实现了PM1不同化学组分半挥发性特征的模拟分析.结果表明：在观测期间,ρ（PM1）平均值为（47.9±47.3）μg/m3,其中OM贡献最大,达到38.2%〔ρ（OM）占ρ（PM1）的比例,下同〕,之后依次为SO42-（33.7%）、NH4＋（13.8%）、NO3-（12.3%）、Cl-（2.0%）.在PM1的各化学组分中,NO3-和Cl-的MFR（质量剩余分数）值最低（约0.40）,表明二者的半挥发性最高,当温度为50℃时,约60%的NO3-或Cl-进入气相中;SO42-的半挥发性最低,在50℃时仍有约90%的质量剩余;而OM和NH4＋的半挥发性居中.NO3-的半挥发性受大气PM1污染水平的影响,50℃时其半挥发性随着ρ（PM1）的增加而升高.当温度从50℃升至200℃时,残留有机气溶胶的O/C（原子数比）从0.47增至0.60,说明半挥发性组分多为氧化态较低的有机化合物.此外,真空动力学粒径在60～2 000 nm的颗粒物在不同粒径段表现出相近的半挥发性.大气PM1半挥发性的定量分析结果可为全面认识大气颗粒物的物化性质及污染机理提供数据,也有助于空气质量模型的完善.

基于高分辨质谱在线观测的2011深圳大运会前后PM_1化学组成与粒径分布

本文利用先进的高分辨飞行时间气溶胶质谱仪（HR-ToF-AMS）于2011年深圳世界大学生运动会前后（2011年8月3日~9月22日）对深圳市区大气亚微米细粒子（PM1）化学成分和粒径分布进行了在线测量.结果表明,整个观测期间PM1质量浓度平均为51.1±32.6gm3,其中有机物占颗粒物总质量的37.9%,硫酸盐为37.1%,铵盐11.9%,黑碳6.6%（由一台单颗粒黑碳光度计（SP2）单独测量）,硝酸盐5.8%,氯化物0.6%.观测期间各成分（除黑碳外）的粒径分布峰值位于真空动力学粒径550nm附近,而有机物在较小粒径范围（100~200nm）仍有较多质量分布,显示出本地一次源的明显贡献.基于高分辨有机质谱计算得到的有机气溶胶的平均元素组成为：碳34.0%、氢53.2%、氧12.0%和氮0.8%（原子个数百分比）,对应的OM/OC（有机物与有机碳质量比）平均值为1.66±0.16.采用正矩阵因子解析（PMF）模型对有机气溶胶高分辨质谱进行因子解析,得到三类有机气溶胶：HOA（还原态有机气溶胶）,SV-OOA（半挥发氧化态有机气溶胶）和LV-OOA（低挥发氧化态有机气溶胶）,分别占有机物总量的31.3%,39.8%和28.9%,说明二次有机气溶胶（以SV-OOA和LV-OOA之和代表）是有机气溶胶的主体部分.结合气团来源分析不同时段PM1化学组成和粒径分布特征表明,大运会召开期间PM1质量浓度水平比整个观测期间的平均值低60.7%,是气团来自洋面等有利气象条件和黄标车限行等污染源控制措施的综合作用结果.