纳米颗粒两相流广泛存在于自然界和工业过程,纳米颗粒的粒径和团聚状态对其毒性、药物活性、大气科学、生物医药、催化活性等都有重要影响,干粉纳米颗粒的团聚严重削弱了其比表面积大的优势,进而制约其药物和催化等活性的发挥,因此有必要深入研究纳米颗粒的弥散机理,为发展新型高效的干粉纳米颗粒弥散技术提供理论依据和技术支持。针对纳米颗粒的弥散,本文提出一种新型的二级干粉纳米颗粒弥散系统,研究了经过初级悬浮后的纳米颗粒在自由衰减超音速射流中的弥散特性和机理并探讨了喷管的长度(L)和直径(D)对弥散纳米粒子粒径分布的影响。利用喷射器对干粉纳米颗粒进行弥散得到一级弥散的二氧化钛亚微米和纳米气溶胶,再将其增压后存于高压溶气罐中,通过圆管自由释气产生衰减的超音速射流对一级悬浮亚微米和纳米颗粒进行二级弥散,不同管径下获得的纳米气溶胶粒径分布均呈单峰对数正态分布。喷管内的颗粒-壁面碰撞对二级弥散纳米颗粒的粒径分布影响不大。L越长,所得弥散纳米颗粒越趋于对数正态分布。经过二级弥散系统所得到的纳米气溶胶分布的中径、峰值直径和几何平均直径显著小于一级弥散系统所得到的气溶胶尺寸,并且粒径分布整体明显向小粒径的方向移动。几何平均直径、峰值直径和中径均可低于70 nm,这个尺寸接近纳米颗粒的初级粒径。二级弥散系统中圆管超音速射流过程的数值结果表明,自由膨胀区中强剪切应力分布与马赫盘的撞击机制可导致亚微米或纳米颗粒积聚体的解聚。