一种利用激光光梯度力消除气溶胶雾霾粒子的方法

摘要

本发明公开了一种利用激光光梯度力消除气溶胶雾霾粒子的方法，当激光光梯度力恒大于雾霾颗粒在大气中的受力，即雾霾粒子在大气中所受力的力平衡体系被破坏，使雾霾粒子满足沉降条件，从而使雾霾颗粒沉降。激光光梯度力完全可以破坏这些力的作用效果，进一步说明了激光光梯度力完全可以破坏雾霾粒子的力平衡体系，使雾霾粒子达到沉降条件。本发明用激光光梯度力消除雾霾，保护环境。

主权项

一种利用激光光梯度力消除气溶胶雾霾粒子的方法，其特征在于，具体步骤如下：第一步：雾霾颗粒在大气中的受力雾霾颗粒在大气流中所受力为：气流拽引阻力F_r、旋转升力、Saffman力、Basset力、重力和浮力、范德华力、静电力、虚假质量力、Basset力，计算过程中，可以忽略其他次要力；1).颗粒所受气流拽引阻力F_r${\overrightarrow{F}}_r=({\rho }_g{A}_g{C}_D/2)|{\overrightarrow{u}}_g-{\overrightarrow{u}}_p|({\overrightarrow{u}}_g-{\overrightarrow{u}}_p)---\left(1\right)$式中，ρ_g为流场中气体的密度；kg/m³；A_g为颗粒物在与空气主流流速垂直面上的投影；C_D为粘性阻力系数，取C_D＝24/Re；u_g，u_p‑分别为气流和雾霾粒子的速度，m³/s；2).颗粒由于自转而具有的升力，效应旋转升力F_m$F_m=\frac{1}{8}{\mathrm{\pi \rho }}_p{d}_p^3({\overrightarrow{\rho }}_g-{\overrightarrow{\rho }}_p)\overrightarrow{\omega }---\left(2\right)$雾霾粒子并非球型粒子，故引入修正系数K$F_m=\frac{K}{8}{\mathrm{\pi \rho }}_p{d}_p^3({\overrightarrow{\rho }}_g-{\overrightarrow{\rho }}_p)\overrightarrow{\omega }---\left(3\right)$式中，d_p为雾霾粒子直径，m；ρ_p为雾霾粒子密度，kg/m³；ω为雾霾粒子旋转速度，m³/s；3).颗粒在有速度梯度的流场中运动时，由于颗粒上下部分的流速不同，颗粒将受到一个沿高度方向力的作用，当颗粒上部的速度高于下部的速度时，此力为向上的Saffman升力F_S：$F_s=1.61{\left({\mu }_g{\rho }_g\right)}^{1/2}{d}_p^2(u_g-u_p)|{\mathrm{du}}_g/dy{|}^{1/2}---\left(4\right)$式中，μ_g为气体动力粘度，Pa.s，其他符号同前；4).范德华力$F_a=\frac{2{\mathrm{\pi wd}}_p}{3}[\frac{1}{4}{\left(\frac{h}{z_0}\right)}^{-8}-{\left(\frac{h}{z_0}\right)}^{-2}]---\left(5\right)$其中，w为粘附功，h为颗粒间的间隙距离，z₀为范德华力平衡间距(0.4nm).根据牛顿第二定理可得：$m\frac{d{\overrightarrow{u}}_p}{dt}=\Sigma \overrightarrow{F}---\left(6\right)$其中，为雾霾粒子所受的合力，力在x轴上和y轴分解经化简得：$\frac{d(u_p-u_g)}{dt}=-\frac{1}{\tau }(u_p-u_g)+A/\tau ---\left(7\right)$$\frac{d(w_p-w_g)}{dt}=-\frac{1}{\tau }(w_p-w_g)+B/\tau ---\left(8\right)$其中,第二步：激光光梯度力的分析及计算1)激光梯度力光梯度力激光的本质是电磁波，在激光范围内的微粒可看作是在一均匀时变电场内，且微粒本身被电场所极化，被极化的微粒受电场力的吸引有移向电场较强区域的倾向，对激光微束而言，这种倾向就是朝向焦点的梯度力.不均匀激光场就会产生梯度力F_grad，梯度力大小可由下式给出：$F(r,t)=[p(r,t)▿].E(r,t)$2)激光在大气中的衰减情况a.大气引起激光衰减用beer表示为：式中，I(R)是波长为λ的激光在大气中传输距离为R后的光强；I₀是激光发射出的光束强度；μ(r,λ)是大气的衰减系数，μ(λ)＝A_m(λ)+A_α(λ)+S_m(λ)+S_α(λ)  (10)A(λ)是吸收系数，S(λ)是散射系数，大气衰减系数的单位为：Km^‑1，下表m及α分别表示分子和气溶胶；b.雾霾粒子引起激光衰模型由于雾霾特征较复杂，实际中，以下式经验公式估算雾霾衰减系数：$\mu =\frac{3.912}{V_m}{\left(\frac{0.55}{\lambda }\right)}^a$第三步：激光光梯度力恒大于雾霾颗粒在大气中的受力，即雾霾粒子在大气中所受力的力平衡体系被破坏，使雾霾粒子满足沉降条件，从而使雾霾颗粒沉降。