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目前国内外学者特别关注空气动力学直径小于2.5μm的细颗粒物(即PM2.5),这些颗粒物能渗透到肺部组织深处,引起许多肺部疾病,严重威胁人类健康。因此,对大气中PM2.5粒浓度的监测已成为大气环境质量评价中一个重要指标。冲击式大气采样器已广泛应用于大气颗粒检测,关于采样器的设计,国外早已形成一套理论,并设计出了一系列的产品,而国内大多数产品设计还处于仿制阶段。为提高我国特别是广大农村地区PM2.5颗粒浓度检测水平,本课题做了如下工作。 首先,从Marple关于切割器设计基本理论出发,结合Biswas关于表征切割器喷嘴中真实空气流与等熵流偏差的排放系数关联式,以及Michaud的喷嘴临界截面面积计算式,推导出即适用于单级采样器中切割器设计,也适用于串级切割器设计的设计方程与设计步骤。依此设计步骤,用DELPHI可视化编程语言编写了采样器的设计程序,设计出多孔喷嘴PM10-PM2.5串级冲击式大气采样器。通过对采样器滤膜电镜扫描,发现该采样器能较好的完成PM （10）和PM2.5颗粒切割功能,与同类产品平行实验对比,表明该采样器采样数据稳定、可靠。 其次,对该PM10-PM2.5串级采样器颗粒捕集行为进行数值模拟。从颗粒在气流中的受力分析入手,推导出了考虑重力情况下的颗粒运动方程以及颗粒撞击到捕集板的判据条件。利用FLUENT商用计算流体软件,采用二阶迎风格式和SIMPLE算法离散并求解空气流场中控制方程N-S方程组,模拟出采样器中空气流场。采用变步长龙格—库塔数值计算的方法,基于MATLAB开发平台自编程序,求解出采样器中颗粒的运动轨迹。在此基础上,分析了不同粒径、不同喷嘴进口位置下颗粒轨迹,推算出采样器各级切割器的颗粒捕集效率曲线。 最后,用该采样器对杭州市区大气环境进行实地测量,考察了杭州市区PM2.5颗粒浓度的季节、空间分布特征,PM2.5颗粒浓度与空气湿度的关系,PM2.5颗粒浓度对大气能见度的影响。这些将为今后进一步深入研究杭州市区PM2.5颗粒污染提供依据。