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

• 作者: 余廷芳 高巨 熊桂龙 李水清 姚强
• 来源期刊: 化工学报
• 关键词: 细颗粒物 水汽 异质凝结 核化 数值模拟
• 年，卷（期）: 2021,（7）
• 所属期刊栏目: 流体力学与传递现象
• 页码范围: 3071-3079
• 页数: 8页
• 分类号: X513
• 语种: 中文
• DOI: 10.11949/0438-1157.20191605

摘要

为研究过饱和水汽在细颗粒表面异质核化特性，准确预测成核参数，基于分子运动学异质核化理论建立了过饱和水汽在燃煤细颗粒表面异质核化的运动学模型。数值分析了液滴晶核长大过程中水汽分子和水分子两种扩散凝结机制对晶核长大的促进作用及其相对重要性，数值预测了水汽过饱和度和宏观接触角对成核速率的影响；数值计算了不同温度和宏观接触角下细颗粒的临界过饱和度。结果表明：当液滴晶核尺寸小于临界晶核半径时，颗粒表面吸附水分子扩散凝结速率与水蒸气分子直接扩散凝结速率的比值大于100，颗粒表面吸附水分子的扩散凝结机制对晶核长大起主导作用。提高水汽过饱和度或减小宏观接触角均可显著提高液滴晶核的成核速率；成核速率随水汽过饱和度增大呈指数型增长。提高气相主体中水汽温度或减小细颗粒物的宏观接触角均可显著降低异质成核的临界过饱和度；对于粒径小于0.1μm的细颗粒物，随着细颗粒粒径的增大，异质核化的临界过饱和度显著减小。