声波对气溶胶和云雾粒子聚并影响研究进展

肖 辉 舒未希 付丹红 冯 强 孙 跃 杨慧玲

1)(中国科学院大气物理研究所云降水物理与强风暴重点实验室，北京 100029) 2)(中国科学院大学地球与行星科学学院，北京 100049) 3)(中国科学院空天信息创新研究院，北京 100094)

引 言

工业生产带来的粉尘和PM2.5等大气颗粒物造成的污染问题日益严峻[1-3]，因此，迫切需要发展清除技术，以应对工业生产过程中排放的各种气溶胶，减少对大气的污染。研究发现，气溶胶粒子在声波作用下，其运动状态会受到影响，粒子间会发生碰撞和合并[4]。早在20世纪20年代，Wood等[5]通过实验发现，高强度超声振动产生的能量会对液体和其中的粒子产生压力，迫使其运动。1931年Patterson等[6]在实验中发现，驻波管内的悬浮烟粒子在驻波节点处产生聚集现象。Brandt等[7]在气体实验时发现，在声波和超声波场作用下，悬浮在气体中的微粒趋向于聚集，形成聚合体。这些研究为气溶胶清除技术的发展提供了新的研究方向，并为声聚并概念的提出以及实验研究奠定了重要基础。

声聚并(acoustic agglomeration/coalescence)指在外加声场作用下，促进气溶胶粒子之间发生相对运动和相互作用，通过碰撞、并合过程，形成更大粒子加速沉降的现象，进而达到降低空气中气溶胶浓度的目的[4]。然而，早期的声聚并技术能耗大且很难达到所需的声强度，随着科学技术的发展，这些难题逐渐被攻克，且声聚并过程的实现因具有所需实验装置相对简单、适应性强且作用时间短等优点而备受研究人员关注。这些优势使气溶胶声聚并技术脱颖而出，成为极具潜力的新技术，并与电聚并[8]、磁聚并[9-10]、热聚并[11-12]和化学聚并[13]等气溶胶聚并技术配合使用，可进一步提高粉尘和污染物的清除效率。……