Ultrafine Inorganic Particle Formation in Plasma-Assisted Combustion

等离子体辅助燃烧中超细无机颗粒的形成

基本信息

  • 批准号:
    2132655
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 33万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-08-01 至 2024-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Particulate matter in the atmosphere leads to reduced air quality, poses health issues, and complicates climate prediction. On a global scale, fossil fuel combustion contributes to as much as 85% of the particulate matter in the atmosphere. Plasma-assisted combustion is a promising technology that may reduce emissions, improve combustion efficiency, and enhance low-temperature fuel combustion. However, the formation of particulate matter in plasma-assisted combustion has not been studied in detail. This research plans to examine particle formation in common plasma-assisted combustion systems. The properties of particles will be studied using a suite of novel particle characterization instruments and modeling methods focusing on particles with sizes ranging from 1 to 100 nm. The successful completion of this project will benefit society through the development of new knowledge to understand particle formation in this novel fossil fuel combustion technique. Further benefits to society will be achieved through student education, training, and public outreach. STEM training will be enhanced through integration of research findings into course modules, participation of researchers in K-12 summer science camps, and a partnership with the Rolla, MO Public Library to disseminate the project findings to the public.Limited studies have shown that plasma could potentially reduce particle formation due to kinetic, thermal, hydrodynamic, or a combination of these effects, but detailed mechanisms or relative importance of each effect have not been deconvoluted. These studies left several fundamental questions unanswered: How do ultrafine particle formation mechanisms in plasma-assisted combustion differ from conventional combustion? How do we deconvolute the thermal, kinetic, and hydrodynamic effects of plasma on particle formation during combustion? How can we accurately model ultrafine particle formation in plasma-assisted combustion to predict emission characteristics? This project proposes to answer these questions by deploying a series of recently developed aerosol instruments and modeling tools to probe particle dynamics with scales down to 1 nm. This work has the potential to produce a transformative understanding of particle formation in plasma-assisted combustion.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
大气中的颗粒物会导致空气质量降低,构成健康问题并使气候预测复杂化。在全球范围内,化石燃料燃烧占大气中颗粒物的85%。血浆辅助燃烧是一项有前途的技术,可以降低排放,提高燃烧效率并增强低温燃料燃烧。但是,尚未详细研究等离子体辅助燃烧中颗粒物质的形成。这项研究计划在常见等离子体辅助燃烧系统中检查颗粒形成。将使用一套新颖的粒子表征仪器和重点在1到100 nm的颗粒上进行建模方法来研究颗粒的性能。该项目的成功完成将通过发展新知识来理解这种新颖的化石燃料燃烧技术中的颗粒形成,从而使社会受益。通过学生的教育,培训和公共宣传将对社会产生进一步的利益。通过将研究发现的整合到课程模块中,研究人员参与K-12夏季科学训练营以及与Mo Mo公共图书馆的合作伙伴关系来将项目发现传播给公众。有限的研究表明,血浆可能会由于动力学,热,流体,流体动力或相对效果的效果而有可能降低粒子的形成,从而使STEM培训得到增强。这些研究留下了几个基本问​​题:尚未解决的基本问题:血浆辅助燃烧中的超细颗粒形成机制与常规燃烧有何不同?我们如何在燃烧过程中否定血浆对颗粒形成的热,动力学和流体动力效应?我们如何在血浆辅助燃烧中准确地对超铁颗粒的形成进行预测?该项目建议通过部署一系列最近开发的气溶胶仪器和建模工具来回答这些问题,以探测粒子动力学的缩放量至1 nm。这项工作有可能在等离子体辅助燃烧中对粒子形成产生变革性的理解。该奖项反映了NSF的法定任务,并且使用基金会的知识分子优点和更广泛的影响审查标准,认为值得通过评估来获得支持。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
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  • 发表时间:
    2023-09
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Weixing Hao;F. Mei;Susanne Hering;Steven Spielman;Beat Schmid;Jason Tomlinson;Yang Wang
  • 通讯作者:
    Weixing Hao;F. Mei;Susanne Hering;Steven Spielman;Beat Schmid;Jason Tomlinson;Yang Wang
Ions Generated from a Premixed Methane-Air Flame: Mobility Size Distributions and Charging Characteristics
预混合甲烷-空气火焰产生的离子:迁移率尺寸分布和充电特性
  • DOI:
    10.1080/00102202.2023.2203818
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    Bagya Ramesh, Chanakya;Wang, Yang
  • 通讯作者:
    Wang, Yang
Optimizing the activation efficiency of sub-3 nm particles in a laminar flow condensation particle counter: Model simulation
优化层流凝聚粒子计数器中亚 3 nm 粒子的激活效率:模型模拟
  • DOI:
    10.1016/j.jaerosci.2021.105841
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.5
  • 作者:
    Hao, Weixing;Stolzenburg, Mark;Attoui, Michel;Zhang, Jiaoshi;Wang, Yang
  • 通讯作者:
    Wang, Yang
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  • DOI:
    10.2514/1.a35622
  • 发表时间:
    2023-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    D. Lund;Xiaoming He;D. Han
  • 通讯作者:
    D. Lund;Xiaoming He;D. Han
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  • 通讯作者:
    Daoru Han

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