大气气溶胶颗粒物生成和演化的多相多组分微观动力学机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51576160
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0605.多相流热物理学
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The hazy weather is caused by atmospheric aerosol pollution which has the characteristics of multi-phase and multi-component. Current measures which have been taken to predict and control the disastrous haze mostly rely on source apportionment experiments. Based on the mechanism of heat and mass transfer, and chemical reaction at the interfaces of the aerosol particles, the main objective of this proposal is to study multiphase flow mechanisms of atmospheric aerosol particle nucleation, growth/concentration and coagulation. Firstly, the mechanism of nucleation will be elucidated using molecular simulations, and reasons for the differences between classical nucleation theory models and the previous experimental results will be explained. On this base, reasonable suggestions for the improvement of nucleation theoretical models will be proposed, systematically. Then, a kinetics model which treats explicitly all steps of mass transport and chemical reaction will be established based on the ideal of a multi-layer concept, while mechanisms and some important parameters will be analyzed by means of molecular modeling; mechanisms and prediction model for hygroscopic properties of aerosol will be presented; we will explore the microscopic mechanism of particle coalescence. According to the macroscopic flow characteristics of troposphere , a numerical model will be established to study the coagulation mechanism of aerosol particles under the complex flow field, which will clarify effects of the Brownian diffusion mechanism and turbulent flow field on coagulation process. At last, sub-processes of the dynamic evolution will be summarized, and then a three-dimensional dynamics prediction model will be set up. Besides, experiments will be designed to verify numerical simulation results. In summary,focusing on the transportation of heat and mass and the chemical reaction, the aim of this proposal is to resolve the interphase interactions and transport problems under multiphase and provide scientific basis of multiphase flow mechanics and chemical kinetics for the haze weather forecast and management.
雾霾灾害是由大气对流层中具有多相多组分特性的气溶胶颗粒群污染所致,当前对其预测与治理大多基于源解析实验。本项目拟从气溶胶颗粒的界面热质传递与化学反应机理出发,开展气溶胶成核、生长/浓缩和聚并过程的多相流动力学机理研究:基于分子模拟阐明成核发生机理及经典成核模型与已有实验结果存在较大差异的原因,为成核模型的改进提供合理建议;基于异质多相分层思想建立详细考虑相间热质传输和化学反应的生长/浓缩模型,基于分子模拟分析其中机理和重要参数;揭示颗粒吸湿特性影响机制并提出预测模型;探究颗粒聚并微观动力学机理,并从大气对流层宏观流动特性出发,建立复杂流场作用下气溶胶聚并数值模型,阐明布朗扩散和湍流流场对聚并的影响机理。最后,总结各子过程,建立完整的三维动力学模型,并实验验证模拟结果。项目旨在紧密围绕热质传输及化学反应过程,解决多相多组分背景下气溶胶多相相间作用机理与数理建模等关键科学问题,为雾霾的预报和治理提供多相流动力学及化学动力学基础科学依据。

结项摘要

气溶胶作为大气颗粒物中的重要组成成分,可以长期悬浮于大气环境中,对天气以及人体健康影响显著。气溶胶颗粒物组成复杂,对于其形成与生长等动力学过程的研究有助于揭示气溶胶的形成与演化机理,并且对于大气环境问题的防治具有重要的指导作用。本项目从气溶胶颗粒的界面热质传递与化学反应机理出发,开展气溶胶成核、生长/浓缩和聚并过程的多相流动力学机理研究:基于分子模拟阐明成核发生机理及经典成核模型与已有实验结果存在较大差异的原因,建立了更准确的成核模型,研究发现气溶胶颗粒物中离子与其过饱和度对气溶胶成核过程均有影响;建立颗粒吸湿特性预测模型,并通过高精度实验实现对高湿度气溶胶吸湿过程的研究,研究分析了温度、湿度、颗粒物成分对其吸湿过程的影响;在已有实验设备基础上,进行二次开发,改进HTDMA,提高了测量的精度,并用于环境以及标准样品的测量;利用实验室改造的设备,采集大气颗粒物,分析成分及其吸湿,吸光,毒理等特性,最终实现对大气颗粒物的源解析,并分析了大气颗粒物成分对环境及人体健康的影响。项目紧密围绕热质传输及化学反应过程,解决多相多组分背景下气溶胶多相相间作用机理与数理建模等关键科学问题,为雾霾的预报和治理提供多相流动力学及化学动力学基础科学依据。并通过实验分析,实现对大气颗粒物的源解析,以及各类特性分析,对于雾霾治理给出了指导方向。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(9)
专利数量(1)
卤化钠对丙二酸气溶胶颗粒水溶特性影响机理研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    工程热物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张超;王跃社;李晨沛;王海军
  • 通讯作者:
    王海军
Antioxidant activity of cerium dioxide nanoparticles and nanorods in scavenging hydroxyl radicals.
二氧化铈纳米粒子和纳米棒清除羟基自由基的抗氧化活性
  • DOI:
    10.1039/c9ra00642g
  • 发表时间:
    2019-04-09
  • 期刊:
    RSC advances
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
  • 通讯作者:
Radical Formation by Fine Particulate Matter Associated with Highly Oxygenated Molecules
与高含氧分子相关的细颗粒物质形成自由基
  • DOI:
    10.1021/acs.est.9b05149
  • 发表时间:
    2019-11-05
  • 期刊:
    ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Tong, Haijie;Zhang, Yun;Kalberer, Markus
  • 通讯作者:
    Kalberer, Markus
Interaction between water and acetic acid-sodium halide aerosol: A molecular dynamics study
水和醋酸卤化钠气溶胶之间的相互作用:分子动力学研究
  • DOI:
    10.1016/j.powtec.2016.12.082
  • 发表时间:
    2017-06
  • 期刊:
    Powder Technology
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Chao Zhang;Yueshe Wang;Haijun Wang
  • 通讯作者:
    Haijun Wang
Microscopic mechanism of the interaction between water and formic acid-sodium chloride aerosol
水与甲酸-氯化钠气溶胶相互作用的微观机制
  • DOI:
    10.1016/j.powtec.2018.11.105
  • 发表时间:
    2019-02
  • 期刊:
    Powder Technology
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Chao Zhang;Yueshe Wang;Haijun Wang;Yang Yang;Chenpei Li
  • 通讯作者:
    Chenpei Li

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  • 发表时间:
    --
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  • 作者:
    南文光;王跃社;汤慧萍
  • 通讯作者:
    汤慧萍

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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