【摘 要】
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随着全世界工业化进程的不断推进,世界各地出现雾霾的频率不断增加,且程度愈演愈烈,环境污染特别是大气颗粒物污染成为当代社会的一个重大挑战。大气颗粒物不仅是导致大气能见度降低和光化学污染的产物,而且会提高呼吸系统和心血管疾病的发病率及死亡率。作为空气动力学直径更小的气溶胶颗粒物,空气动力学直径小于0.5μm的颗粒物(PM0.5)因其低质量、超高反应活性、高比表面积等特性使其比大气溶胶颗粒对人类健康造成
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随着全世界工业化进程的不断推进,世界各地出现雾霾的频率不断增加,且程度愈演愈烈,环境污染特别是大气颗粒物污染成为当代社会的一个重大挑战。大气颗粒物不仅是导致大气能见度降低和光化学污染的产物,而且会提高呼吸系统和心血管疾病的发病率及死亡率。作为空气动力学直径更小的气溶胶颗粒物,空气动力学直径小于0.5μm的颗粒物(PM0.5)因其低质量、超高反应活性、高比表面积等特性使其比大气溶胶颗粒对人类健康造成更严重的不良后果。关于PM0.5污染的研究变得愈加迫切,而惯性冲击采集器的研究是开展这项工作的基础。基于惯性原理的冲击采集器即为惯性冲击器,是一种能有效地将亚微米级气溶胶颗粒按照其空气动力学粒径的不同分离开来的粒度分离装置。传统惯性冲击器的切割直径达到0.5μm的较少,壁面损失也普遍较大,气溶胶颗粒在冲击板上弹跳和过载问题没有很好的解决方案。因此设计一种采集大气中PM0.5的新型惯性冲击器具有重大意义。本文以新型惯性冲击器为研究对象,开展其内流道关键结构参数设计、流场特性分析、不同因素对其分离特性的影响规律及动态优化设计研究。本文的主要研究工作如下:（1）介绍了传统惯性冲击器的采集原理,进而讨论二级惯性冲击采样器的基本工作原理;在确定取样流量和切割直径的情况下,推导出二级惯性冲击器加速喷嘴尺寸的解析公式;基于惯性冲击器经典设计理论,设计一种用于检测空气中PM0.5的新型惯性冲击器;（2）基于计算流体动力学理论,建立新型惯性冲击器内流道数值模型,通过对其进行数值模拟计算,得到新型惯性冲击器分离效率,壁面损失以及切割直径等关键性能参数;（3）研究新型惯性冲击器的工作环境和加工误差对其分离性能的影响规律;在新型惯性冲击器内流道计算流体动力学模型的基础上,对惯性冲击器不同取样流量、不同椭圆凹槽冲击板长短半轴的比值、第一级和第二级不同加速喷嘴到冲击板距离等因素条件下进行数值模拟,揭示不同因素对新型惯性冲击器分离特性的影响规律;（4）以新型惯性冲击器分离效率最高和壁面损失最少为优化目标,以各取样流量和不同设计参数为设计变量,运用中心复合设计法设计试验,结合计算流体动力学理论,建立新型惯性冲击器响应面优化模型进行动态优化,并对优化得到的新型惯性冲击器进行建模及数值模拟分析。
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