基于分子运动学的水汽在细颗粒表面异质核化的数值模拟

余廷芳，高巨，熊桂龙，李水清，姚强

（1 南昌大学机电工程学院，江西南昌330031； 2 南昌大学资源环境与化工学院，江西南昌330031； 3 清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室，北京100084）

引 言

近年来雾霾天气频繁发生，造成了严重的大气污染并对人体健康造成了极大危害[1-3]，引起了广泛关注。研究表明，燃煤电站是大气细颗粒物的重要来源之一[4-6]。因此，控制燃煤电站PM2.5的排放是迫切需要解决的问题。细颗粒物粒径小、质量轻，常规除尘设备包括旋风除尘器、静电除尘器、布袋除尘器、电袋复合除尘器、除雾器等不易将其高效脱除[7-9]。通过外加条件作用，如利用声团聚、电凝并、磁团聚、光团聚、化学团聚、湍流团聚、热泳团聚、水汽相变等方法，促进细颗粒物长大到常规除尘设备可高效脱除的尺度范围，是促进细颗粒物高效脱除的重要预处理措施[10-13]；其中，利用过饱和水汽在细颗粒物表面发生异质核化凝结是促使细颗粒物长大的重要措施[13-15]，特别适合于湿法脱硫、湿式静电除尘等烟气含湿量较高的过程，其烟气中水汽含量较高，接近饱和或达到过饱和状态，易构建水汽在细颗粒物表面凝结长大所需的过饱和水汽环境[14-17]。

过饱和水汽在细颗粒表面发生异相凝结长大过程大致可分为2 个阶段[15]：异质核化阶段、自发凝结长大阶段。其中，异质核化对水汽在细颗粒物表面异相凝结长大过程具有至关重要的作用。过饱和水汽在细颗粒表面异相凝结过程极其迅速，通过实验手段不易观测到其完整的长大过程，因此，通过建立水汽在细颗粒物表面异相凝结长大的数学模型，数值研究各种操作条件对颗粒群粒径分布的影响成为常用手段[16-18]。……