用于测量雾霾悬浮颗粒荷质比的观测系统

发布时间：2018-11-04 20:45

【摘要】：随着社会的持续进步,经济的蓬勃发展以及城市化和工业化进程的不断加快,环境问题也日益严重起来,尤其是雾霾问题,显然已经成为整个国家和人民群众日益关心的热点和难点。雾霾天气来临的时候,大气能见度急剧降低,严重影响航班的起降,造成道路拥堵,甚至发生严重的交通事故等,给人们的出行带来严重的影响。雾霾天气大气污染加剧,不仅对人们的呼吸系统、免疫系统、心脑血管系统等等造成一定的危害,而且对整个社会的工业、农业、养殖业、旅游业等等也会造成严重影响,甚至会影响到国民经济的发展、破坏生态系统的平衡,乃至危及生命安全。本文通过对国内外雾霾相关研究文献进行调研,发现在雾霾天气下,雾霾颗粒极有可能是带电的,而对于雾霾颗粒这种带电性质的实证研究一直都被人们所忽略,其中一个非常重要的原因就在于以现有的实验技术在一定程度上基本很难实现对悬浮雾霾颗粒带电性质的测量。然后本论文借鉴已有相对成熟的电荷测量方法,提出了一套适用悬浮颗粒尤其是雾霾悬浮颗粒,能够实现对雾霾悬浮颗粒荷质比进行实时测量的测量系统,解决了电荷微小变化量和质量微小变化量的高精度测量以及测量数据的准确、实时的有效转换等关键科学问题。最终自主研制出适用于悬浮颗粒荷质比实时测量系统,有效解决雾霾天气中空间荷质比无法实时定量测量的问题。本论文所述自主研发的雾霾荷质比测量系统主要由三个部分组成,即雾霾颗粒收集系统、雾霾颗粒电荷量测量设备和雾霾颗粒质量测量设备。在实际开展实验测量之前,本论文首先对测量系统的可靠性进行了分析。这部分的内容主要从以下三个方面进行考虑:第一,带电体在该系统内部会不会产生电荷的流失,也就是对该系统的绝缘性进行验证;第二,由于该系统所测量的是动态雾霾颗粒的荷质比,所以我们要考虑雾霾颗粒在进入该系统的时候,会不会由于摩擦而产生多余的电荷,对这个方面进行的检验,我们称之为封闭性检验;第三,主要是对该系统是否存在有电荷积累方面的检验。通过以上对该系统的绝缘性、封闭性以及是否存有电荷积累三个方面的检验,来说明我们的测量系统是能够用于实验研究的。我们利用我们自主研发的测量系统,先后进行了室内试验和室外试验。室内试验主要包括对六种不同的燃烧源(煤、泡沫、香、香烟、衣服、食用油)的一次性排放物的带电性质(荷质比)进行了测量。首先通过对上述六种源燃烧的烟尘的荷质比进行测量,我们发现这六种燃烧源燃烧后的烟尘颗粒都是带电的;其次通过对于这六种不同的燃烧源的测量,我们可以发现,不同燃烧源燃烧生成的烟尘颗粒的带电性质是不同的,其中煤、香、香烟、食用油都是带负电的,而泡沫和衣服则都是带正电的,而且他们的荷质比的量级都在102-103之间。我们对以上六种燃烧源燃烧后的颗粒的荷质比的均值进行了统计,统计结果表明:对于不同的燃烧源,荷质比的电性和大小都是不同的。室外实验包括:通过我们在北京大学工学院工程力学新教学楼楼顶进行的从2015年12月4号到2015年12月18号的测量雾霾荷质比的实验,我们可以得到以下结论:首先,雾霾颗粒是带电的;其次,经过我们科学的测量,雾霾颗粒的荷质比比室内实验不同源燃烧产生的带电颗粒的荷质比大三个量级,我们认为这可能是由于一次排放后的气体粉尘等在雾霾天气中发生了二次化学反应所导致。
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【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X84

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