可吸入颗粒物PM2.5(也称细颗粒)是主要的大气污染物之一,它直接对人类健康和生态环境造成危害。燃煤电厂和机车尾气是细颗粒排放的重要源头,由于静电除尘器和旋风分离器等常规除尘设备,对细颗粒的脱除效率很低,有很大数量的细颗粒排放至大气中。目前没有有效脱除细颗粒的技术方法,而声波团聚是一种有潜力的预处理方法,利用声波作用,促使颗粒发生团聚长大,再经过后续的常规除尘设备将其清除,从而达到控制细颗粒排放的目的。本文将从细颗粒在声波场中的微观动力学特性和利用声波团聚增强后续分离器对细颗粒的宏观脱除效果两个方面展开研究。 利用可视化技术建立了研究细颗粒微观动力学特性的实验平台,动态地显微观察并拍摄细颗粒在水平声波场中的运动轨迹。研究了细颗粒在声波作用前后和声波场中不同位置的运动特点,结合数值方法理论模拟颗粒在声波场中的运动轨迹。结果显示：颗粒在水平声场中,除了重力沉降,还发生与声波同频率振动,同时向速度波节点漂移。与自由沉降相比,在单位时间内颗粒运动轨迹扫过的面积大大增加,有利于颗粒间的碰撞团聚。比较了颗粒和颗粒团声波夹带动力学特性,研究发现：颗粒团和一定尺寸的单颗粒具有接近的空气动力学特性,颗粒团的分形结构使其在气流中具有倾向于较小颗粒的气流跟随性,惯性被弱化。在声波作用下细颗粒漂移特性的实验研究和理论分析表明：细颗粒漂移驱动力是粘性不对称产生的漂移力,声辐射力的影响较弱；细颗粒向速度波节点漂移,导致局部浓度增加,从而促进声波团聚。比较了确定颗粒粒径的三种方法,与光学法和重力沉降法相比,对细颗粒而言,用声波夹带法确定颗粒的粒径较为准确。 以颗粒排放控制的工业应用为目标,利用声波及其与外加种子颗粒联合作用,建立了研究细颗粒宏观清除效果的脱除系统。采用频率为1kHz的声源,研究了燃烧源颗粒分别在声波单独作用及其与外加种子颗粒联合作用下颗粒的分布变化和系统的脱除效果,研究结果表明：在声波单独作用下,本实验中的系统对数浓度峰值粒径在亚微米级的颗粒具有明显的脱除效果,颗粒浓度减少率随声强增加而升高。声波单独作用对燃煤颗粒的脱除效果优于燃油颗粒；在联合作用下,系统对燃煤颗粒的脱除效果优于其在声波单独作用下的脱除效果；在雾化水的联合作用下,系统对燃煤颗粒的脱除效果较固体种子颗粒的联合作用更显著。在强度为158.5dB的声波与雾化水颗粒联合作用下,燃煤颗粒数浓度的减少率达到68％。基于气溶胶通用动力学方程,建立了声波团聚核,采用尺度离散的区域化算法,对实验结果进行理论模拟并预测。结果表明：在声强不高于158.5dB时,模型较好地模拟了实验结果,在高声强作用时因湍流作用,模拟结果了低估了实验结果。理论预测,在中等声强条件下,通过改变加料方式和种子颗粒特性能进一步提高联合作用对细颗粒的脱除率。总的结论是利用声波与种子颗粒的联合作用促进细颗粒脱除的方法有望是一种新的有应用前景的细颗粒脱除方法。