Осаждение (аэрозольная физика)

В физике аэрозолей собираются концентрацию осаждение — это процесс, при котором частицы аэрозоля или оседают на твердых поверхностях, уменьшая частиц в воздухе. Его можно разделить на два подпроцесса: сухое и мокрое осаждение. Скорость осаждения, или скорость осаждения , самая низкая для частиц промежуточного размера. Механизмы осаждения наиболее эффективны как для очень мелких, так и для очень крупных частиц. Очень крупные частицы быстро оседают в результате седиментации (осаждения) или ударения процессов , тогда как броуновская диффузия оказывает наибольшее влияние на мелкие частицы. ^[1] Это связано с тем, что очень мелкие частицы коагулируют в течение нескольких часов, пока не достигнут диаметра 0,5 микрометра . При таком размере они уже не свертываются. ^[2] Это оказывает большое влияние на количество PM-2,5 , присутствующего в воздухе.

осаждения Скорость определяется формулой $F = vc а$ , где $F$ – плотность потока , $v$ – скорость осаждения, $c$ – концентрация . При гравитационном осаждении эта скорость является скоростью осаждения из-за гравитацией вызванного сопротивления, .

Часто изучается вопрос о том, столкнется ли определенная частица с определенным препятствием. Это можно предсказать с помощью числа Стокса $Stk = S / d$ , где $S$ — тормозной путь (который зависит от размера частицы, скорости и сил сопротивления), а $d$ — характерный размер (часто диаметр препятствия). Если значение $Stk$ меньше 1, частица не столкнется с этим препятствием. Однако если значение $Stk$ больше 1, так и будет.

Отложение вследствие броуновского движения подчиняется как первому, так и второму законам Фика . Результирующий поток осаждения определяется как ${\textstyle J=n{\sqrt {\frac {D}{\pi t}}}}$ , где $J$ — поток осаждения, $n$ — начальная плотность , $D$ — константа диффузии и $t$ — время. Это можно интегрировать для определения концентрации в каждый момент времени.

Сухое осаждение

Сухие отложения возникают по следующим причинам:

Воздействие . Это когда мелкие частицы, столкнувшиеся с более крупным препятствием, не могут следовать изогнутым линиям потока из-за своей инерции, поэтому они ударяются о каплю. Чем больше массы мелких частиц, обращенных к большим, тем больше отклонение от линии тока.
Гравитационная седиментация – оседание частиц под действием силы тяжести.
Перехват. Это когда мелкие частицы следуют по линиям тока, но если они движутся слишком близко к препятствию, они могут столкнуться (например, с веткой дерева).
Турбулентность . Турбулентные завихрения в воздухе переносят частицы, которые могут сталкиваться. Опять же, существует чистый поток в сторону более низких концентраций.
Другие процессы, такие как: термофорез , турбофорез , диффузиофорез и электрофорез .

Мокрое осаждение

При влажных выпадениях атмосферные гидрометеоры (капли дождя, снег и т. д.) улавливают частицы аэрозоля. Это означает, что влажное осаждение представляет собой гравитационную, броуновскую и/или турбулентную коагуляцию с каплями воды . К различным типам влажного осаждения относятся:

Очистка под облаками. Это происходит, когда падающие капли дождя или частицы снега сталкиваются с частицами аэрозоля посредством броуновской диффузии, перехвата, удара и турбулентной диффузии.
Облачная очистка. Здесь частицы аэрозоля попадают в капли облаков или кристаллы облачного льда, действуя как ядра облаков, или захватываются ими при столкновении. Их можно вынести на поверхность земли, когда в облаках образуется дождь или снег. В компьютерных моделях аэрозолей аэрозоли и облачные капли в основном рассматриваются отдельно, так что нуклеация представляет собой процесс потерь, который необходимо параметризовать .

См. также

Ссылки

^ Сейнфельд, Джон; Спирос Пандис (2006). Химия и физика атмосферы: от загрязнения воздуха до изменения климата (второе изд.). John Wiley & Sons, Inc. Хобокен, Нью-Джерси: ISBN 0-471-72018-6 .
^ Мищук, Наталья А. (2004). «Глава 9 - Кинетика коалесценции броуновских эмульсий». Интерфейс науки и технологий . 4 (ред. Д.Н. Пецева). Эльзевир: 351–390. дои : 10.1016/S1573-4285(04)80011-5 . ISBN 9780120884995 .

[1] Сейнфельд, Джон; Спирос Пандис (2006). Химия и физика атмосферы: от загрязнения воздуха до изменения климата (второе изд.). John Wiley & Sons, Inc. Хобокен, Нью-Джерси: ISBN 0-471-72018-6 .

[2] Мищук, Наталья А. (2004). «Глава 9 - Кинетика коалесценции броуновских эмульсий». Интерфейс науки и технологий . 4 (ред. Д.Н. Пецева). Эльзевир: 351–390. дои : 10.1016/S1573-4285(04)80011-5 . ISBN 9780120884995 .

[1]

[2]