研究

理解气溶胶,从流动到界面

我们围绕实验装置中的传质与反应、大气颗粒物的表界面过程,以及复杂动力学的智能求解展开研究,并探索相关机理在超净环境颗粒捕集中的转化应用。

研究图谱

装置、界面、分子与算法

我们的研究从流场和反应器出发,经由液滴与颗粒界面进入分子反应网络,再以可检验的模型把不同尺度连接起来。

Caltech 光氧化流动管反应器示意图
反应器开发与流场表征CPOT 的总体结构、扩散进样与紫外灯箱设计。 Huang et al., AMT (2017), Fig. 1, CC BY 3.0 ↗
CPOT 入口速度场与停留时间模拟
计算流体动力学入口速度场、轴向剖面与气体/颗粒停留时间响应。 Huang et al., AMT (2017), Fig. 6, CC BY 3.0 ↗
层流管内颗粒穿透与重力壁损轨迹
颗粒穿透与壁损层流管内颗粒的穿透与重力沉降壁损轨迹。 Huang et al., AMT (2017), Fig. 16, CC BY 3.0 ↗
无标样单颗粒质谱校准流程
单颗粒质谱校准在参数空间中搜索,使候选校准谱与原型特征一致。 Shi et al., ACP (2024), Fig. 1, CC BY 4.0 ↗
气水界面自由能与微液滴光降解动力学
微液滴界面化学愈创木酚跨界面自由能与 UVA 光降解动力学。 Cai et al., ACP (2026), Fig. 4, CC BY 4.0 ↗
空气水界面二次有机气溶胶生成图示
界面二次有机气溶胶Cai et al., ACP (2026), graphical abstract, CC BY 4.0 ↗
粒径观测约束 TOMAS 模型的在线估计框架
观测约束的气溶胶过程估计以粒径分布观测约束成核、SOA 生成和一次排放过程。 McGuffin et al., GMD (2021), Fig. 1, CC BY 4.0 ↗
机制约束机器学习求解化学动力学的概念图
机制约束的智能求解以守恒、非负性与轨迹误差为检验门槛;这是研究架构,不是已实现的端到端加速结论。

开放获取图像均按原论文许可署名;其余概念图由本网站根据课题组研究方向绘制。

两条主线 · 一项转化探索

由基础机制走向大气问题与工程应用

实验室把装置表征、定量测量和机制模型放在同一条证据链上。我们关注的是可解释、可校验的过程认识,而不是仅对数据做经验拟合。

大气化学反应器开发与表征

烟雾箱和流动管反应器中的流场、混合、停留时间分布及壁损会改变实验信号。我们结合传质理论、示踪实验与计算流体动力学,识别这些装置效应并建立可用于动力学解释的定量模型。

  • 烟雾箱
  • 流动管
  • 壁面传质
  • CFD

气溶胶表界面化学反应动力学

大气液滴和颗粒物的界面并非被动边界。我们发展质谱与粒径测量方法,解析气相—界面—凝聚相之间的传质、光化学与多相反应,关注二次有机气溶胶的形成和演化。

  • 微液滴
  • 多相化学
  • 质谱
  • SOA
凝结增长与惯性分离概念流程图

超净环境颗粒捕集与技术转化探索

基于气溶胶凝结增长与惯性分离机理,我们探索面向半导体超净环境的亚微米颗粒捕集路径。项目目前处于概念验证阶段(TRL 1–3);已有小流量原理性曲线,规模化流量、效率和压降仍需通过原型与真实场景验证。

  • 凝结增长
  • 惯性分离
  • 超净环境
  • 概念验证

研究链条

实验、模型与算法相互约束

机器学习在这里用于帮助处理高维测量和刚性动力学问题,并接受物理规律、守恒关系和独立实验的检验。

01生成受控气溶胶
02测量粒径与化学组成
03刻画传质与流场
04建立反应动力学模型
05用数据检验与迭代

正在寻找问题,也寻找伙伴

把环境问题转化为可测量、可计算的科学问题

欢迎来自环境、化学、化工、机械、计算机与数据科学等背景的学生和研究人员联系交流。

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