窄通道中纳米粒子的热泳运动研究

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1、华北电力大学(北京)硕士学位论文窄通道中纳米粒子的热泳运动研究姓名：郭淼淼申请学位级别：硕士专业：动力工程及工程热物理；可再生能源与清洁能源指导教师：周涛201203华北电力大学硕士学位论文摘要随着现代工业的飞速发展，电力需求日趋增大。在火电的烟气与汽车尾气的排放、材料的加工生产、以及核电站事故时都会产生一些粒径极小的粒子，对环境及人体健康造成极大地威胁。特别是其中的纳米粒子，非常容易进入人体造成伤害，研究其运动特性有着重要的意义。通过理论计算及实验的方法研究窄通道中纳米粒子的热泳运动特性。经分析发现，纳米粒子在窄通

2、道中的运动区域主要为过渡区和自由分子区，且纳米粒子的运动具有明显的“二次流”效应。研究通过改变流动介质或者纳米粒子的种类，计算在温度梯度场下热泳力情况，从而分析粒子的热泳运动变化情况。得出了在过渡区和自由分子区这两种流域下，气体的温度、流量、粒径、不同类型的粒子以及不同的气体，对纳米粒子热泳沉积特性的影响。编制出窄通道中纳米粒子热泳运动计算程序，该程序可以进行窄通道内纳米粒子热泳运动的相关计算。通过计算分析得出：当流场内温度梯度足够高时，过渡区和自由分子区的粒子受到的热泳力明显高于其他作用力，且热泳力随温度的上升而上

3、升。特别在自由分子区内的粒子，作用于粒子的平均表面热泳力与粒子粒径无关。除氢气外，在不同的气体空气中，纳米粒子的热泳沉积率随温度梯度的上升而上升，随流量的增大而下降，随粒径的增大而先下降后上升；而纳米粒子在氢气中的热泳沉积率随着温度梯度的升高，先下降后上升。搭建了纳米粒子在矩形窄通道内的气固两相流热泳沉积特性实验台架，实验研究一定温度梯度场内窄通道中粒子的粒径分布、粒子的轴向速度分布。结果表明：由于热泳效应，通道靠近壁面处粒子粒径高于通道中心位置；主流区的轴向速度高于靠近壁面处的轴向速度。结合窄通道中流体“二次流”效

4、应以及热泳、湍流综合作用影响，提出纳米粒子热泳沉积机理。即粒子由于团聚和碰撞的影响，会处于一个悬浮．碰撞．团聚．沉积．碰撞．再悬浮状态，并且在高温时，粒子会受热蒸发改变局部温场，形成一个附加热泳力，使粒子更容易沉积。关键词：窄通道；纳米粒子；热泳；沉积率华北电力大学硕士学位论文AbstractPowerdemandisextremelyincreasingwiththedevelopingindust巧oft11emodemsociety．Somesmallparticleswillbereleasedintheel

5、ectricitydeVelopingprocesses，suchasthesmokesbeingreleasedfrommefossil一如eledpowerplantandfossil一如eledcars，materialprocessingandsomeaccidentofnuclearpowerstation．7I’tlesmallparticlesarebadfortheenVironmentandhumanityhealth，especiallythenanop叫iclescangetintothelll

6、Iman’sbodyeasilyfortheirsomenanometercharacteristics，whichisa伊eatt11reateningforbothplantsalldhumall．However’itisdimcultforthemodemtecllllologytoremoVethenanopaniclesea’ectively．Itisme雏ing如1toinVestigatethethemophoresismech孤ismande能ctiveremovalways．Thetheorymod

7、ela11dexperimentweremadetoinvestigatedthet11cnnophoresismechanismofnanoparticlesinanarrowrectallgularchaIlnel．Itwasf．oundt11attllemotionofnanopaniclesisinthe厅eemoleculere西on觚dtr锄sientregion，强dtllenanopaniclesmovewi也“也esecondflow’’characteristic．Accordingtochan西

8、ngthenowingmedium，t锄peratllreg豫dient，di锄eterofnallop砌icleorthetypeofnaIlopanicles，tlle廿1emophoresisforcesindi虢rentnowconditionswerecalCulated．Thercfore，thethen】10phoresissom