近年来,随着经济的快速增长,我国颗粒物的污染问题日益突出,细颗粒物不仅会降低大气的能见度,造成雾霾天气,更会对人们的身体健康造成严重的危害。颗粒物污染问题已经引起了社会的广泛关注,国内对颗粒物的排放标准也越来越严格。目前传统的除尘技术对细颗粒物的脱除效果并不理想,很难达到细颗粒物的排放标准。对颗粒物进行预处理,通过外加作用使颗粒物团聚长大成粒径更大的颗粒物后被后续除尘设备脱除是一种有效的手段。目前,电凝并、声波团聚等都被证明是有效的预处理方法,但是相关研究主要集中在预处理前后颗粒物的脱除效率的宏观变化,对于颗粒物运动特性的研究主要集中在理论和模型研究,对颗粒物的运动进行直观观测的实验研究还比较欠缺。对颗粒物在外场作用下的运动和团聚过程的直接观测可以帮助进一步理解外场的作用机理,本文通过显微可视化技术对温度场、电场、声场和电场声场联合作用下颗粒物的运动和团聚特性进行了观测,并从宏观团聚和脱除效果方面进行了实验研究。首先,应用显微可视化实验系统对温度场单独作用下、电场单独作用下和声波单独作用下颗粒物的运动进行直接观测,得到了颗粒物的运动轨迹和运动速度。对颗粒物进行受力分析,建立颗粒物在各种外场力作用下的运动模型,用COMSOL Multiphysics软件对各种工况下颗粒物的运动轨迹和运动速度进行模拟。比较实验得到的运动规律与模拟结果,两者吻合良好。声波单独作用时,直接观测到了颗粒间的团聚和已经团聚的颗粒团分散成更小的颗粒团的过程,这证明声波作用下颗粒间的团聚和分散现象同时存在。通过显微可视化实验,对颗粒物的运动特性提出了微观层面的解释,对完善并验证已有的理论模型具有一定的参考价值,对进一步优化颗粒物控制脱除技术具有一定的指导意义。接着对电场和声波联合作用下颗粒物的荷电、团聚和脱除特性进行了宏观试验。电场声场联合作用的实验结果表明,在放电针洁净的情况下,声波不会改变电场的放电特性,在针电极上有飞灰沉积时,声波的加入会使放电电流增加。颗粒物的荷电量随着电压、声压级和声波频率的增大而增大;颗粒物的脱除率随着电压和声压级的增大而增大,声波频率的影响则比较复杂,1600 Hz时脱除率最高。用激光在线检测系统测量颗粒物在声波和电场联合作用下的粒径变化,实验结果表明,直流电场单独作用时,颗粒物之间也存在着团聚作用,但团聚效果不理想;声波联合直流电场协同作用下的团聚效果优于单场作用的效果,但与声场单独作用相比,增强效果不明显。用高速相机直接观测到了颗粒物在声波和电场联合作用下的团聚过程。最后,分析多场联合作用时颗粒物的受力,建立颗粒物的运动模型,对温度场和声场联合作用、温度场和电场联合作用、电场和声场联合作用时颗粒物的团聚特性进行模拟,得到各种参数对团聚效果的影响。理论研究结果表明,电场温度场联合作用起到协同促进颗粒间团聚的作用;电场声场联合作用时,颗粒间的碰撞主要是电场力的作用导致的,两者没有协同促进颗粒团聚的作用;声场温度场联合作用时,两者联合促进颗粒间团聚的效果最好。