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燃烧源细颗粒物PM2.5的排放是大气环境中颗粒物的主要来源之一。细颗粒粒径小、数目多，且通常富集有害物质，对人体健康和环境造成严重危害。然而，目前常规除尘设备对细颗粒的脱除效率较低，导致大量的细颗粒物直接排放在大气环境中。声波团聚是一种有效的去除细颗粒的预处理方法。声波作用促使颗粒间产生相对运动，相互碰撞，团聚长大，在较短的时间范围内，颗粒将发生从小尺寸向大尺寸范围的迁移，平均粒径变大，进而可采用常规除尘设备对其进行脱除，从而达到控制细颗粒排放的目的。本文从实验和理论模拟两个方面研究了燃烧源细颗粒物在低频高强声场中的团聚清除效果。
以细颗粒物排放控制的工业应用为目标，建立了研究燃烧源细颗粒物在驻波声场中团聚清除效果的除尘系统。采用1kHz低频声波，研究了燃煤和燃油烟气细颗粒在高强声场中的团聚清除效果。实验结果表明，在低频高强声波作用下及后续除尘装置分离后，烟气中数目平均直径约为0.07μm超细颗粒物的浓度明显降低，且细颗粒清除效率随着声场强度的增大而增加。特别地，在声场强度高于158dB时，细颗粒清除效率快速增加。当声场强度达到161.5dB时，燃煤烟气细颗粒PM2.5的数目浓度清除效率达到了84.2％；燃油烟气亚微米颗粒PM1的数目浓度清除效率为55.7％。实验结果还表明，延长停留时间和增大初始颗粒数目浓度均有利于燃烧源细颗粒的团聚清除。
为了探索高声强时细颗粒团聚清除效果快速提高的原因和可能存在的团聚机理的变化，建立了研究驻波声场脉动速度特性的实验装置，对实验台团聚室内的声场特性进行了研究。结果表明，驻波声场对流场产生了强烈的调制作用，在未产生声湍流时，除速度波节处外，其余位置处流体质点在声波传播方向上均产生了与声波同频率的周期性脉动，速度分布越来越分散；声场对垂直于声波传播方向的流动的调制作用较小，声波主要沿轴向传播，横向传播可以忽略。声场强度低于158dB时，声场速度的实验测量值均在理论曲线上下波动，流体质点在轴向上主要以基频周期性振动，横向上为幅度较小的随机脉动。声场强度高于158dB时，实验测量值与理论计算值出现了较大偏差，波形发生畸变，轴向速度不仅存在基频周期性脉动，还以倍频以及二分之一倍频、四分之一倍频等频率高频脉动，流体质点间相对运动幅度和随机运动幅度越来越大，产生了声致湍流；横向速度不仅存在幅度较小的基频周期性振动，还存在微弱的高频脉动。结合细颗粒清除效率的变化规律和驻波声场脉动速度特性的研究结果，发现高声强时声湍流的产生是燃烧源细颗粒清除效率快速提高的原因，声湍流在高强声波团聚过程中起着重要的作用。
基于DSMC算法，建立了细颗粒物声波团聚的数学模型。计算结果表明，模拟结果与实验结果吻合较好，该模型不仅适用于中等声强下的模拟，还适用于高声强时细颗粒声波团聚的模拟。此外，利用模型对操作参数影响声波团聚效果的模拟结果表明，增大声场强度、延长停留时间和增加颗粒浓度均有利于细颗粒的声波团聚清除。另外，模拟结果显示，采用声波与添加种子颗粒联合作用，可有效提高细颗粒物的团聚清除效果，且增大种子颗粒浓度和直径均有利于细颗粒物的团聚清除。在团聚室内添加种子颗粒是一种有效的促进细颗粒物团聚清除的措施。