柴油机由于其良好的经济性、动力性和可靠性,一直以来都是社会关注的重点,然而,柴油机排气的污染,尤其是颗粒物(particulate matter,PM)的高排放是影响柴油机今后发展的决定性因素之一。然而,以往多数研究侧重于燃烧室中颗粒物的生成,而对排放到大气中的废气关注较少。国外相关研究发现,排气烟羽在大气中的形态还会发生较大的变化,其初始气相物能发生二次成核现象,对颗粒物的最终形态产生很大的影响。研究排气烟羽在大气中的后续过程,有助于整体上认识颗粒物的危害并加以控制。基于这一背景,本文对排气烟羽的二次成核做了尝试性的探讨。排放烟羽在大气环境作用下,组份之间会发生一系列的物理冷凝现象导致成核。论文结合成核及增长的特点,综述了国内外对于成核及凝结、沉积的研究,指出排气烟羽的成核及生长过程是气相反应动力学和颗粒动力学共同作用的结果。对柴油机排气烟羽中最有可能成核的水和硫酸系统进行了研究。成核基于两元均相成核理论,而凝结和沉积过程则通过经典分子动力论控制方程来得到。对于隐式的控制方程,采取有限离散半隐式的方法来求解。对水和硫酸成核进行了计算,获得了燃料含硫量、环境温度和相对湿度等因素对于成核速率和临界成核直径的影响。另外,对成核、碰撞凝结和冷凝沉积作用进行了模拟,研究了相对湿度和燃料含硫量在粒子生长中的作用,获得了这些因素对粒子数密度与尺寸分布的影响。研究也显示成核、碰撞凝结和冷凝沉积在粒子生长过程各个不同阶段的影响。成核主要影响初始成核粒子的数密度和直径;碰撞凝结则使得粒子聚集,数密度减小,粒子的尺寸增大;而冷凝沉积使粒子不断长大,三者同时进行。由于成核与凝结之间的竞争,使得数密度与尺寸分布呈现出双峰分布的特点。最后,对其他的亚微米和纳米级粒子如碳烟粒子、蜡烛颗粒物的凝结与沉积做了相关的描述,它们都可以通过颗粒动力学来描述。对比发现,这些粒子的尺寸分布也具有相似的双峰分布特点。