Депонирование (физика аэрозолей)

В физике аэрозолей осаждение — это процесс, при котором аэрозольные частицы собираются или оседают на твердых поверхностях, уменьшая концентрацию частиц в воздухе. Его можно разделить на два подпроцесса: сухое и влажное осаждение. Скорость осаждения, или скорость осаждения , самая медленная для частиц промежуточного размера. Механизмы осаждения наиболее эффективны как для очень маленьких, так и для очень больших частиц. Очень большие частицы быстро оседают посредством процессов седиментации (осаждения) или импакции , в то время как броуновская диффузия оказывает наибольшее влияние на мелкие частицы. ^[1] Это происходит потому, что очень мелкие частицы коагулируют в течение нескольких часов, пока не достигнут диаметра 0,5 микрометра . При этом размере они больше не коагулируют. ^[2] Это оказывает большое влияние на количество PM-2.5, присутствующих в воздухе.

Скорость осаждения определяется из $F = v c$ , где $F$ — плотность потока , $v$ — скорость осаждения, а $c$ — концентрация . При гравитационном осаждении эта скорость представляет собой скорость осаждения из-за сопротивления, вызванного силой тяжести .

Часто изучается, 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, она столкнется.

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

Сухое осаждение

Сухое осаждение вызывается:

Удар . Это когда мелкие частицы, сталкиваясь с большим препятствием, не могут следовать за изогнутыми линиями тока потока из-за своей инерции, поэтому они ударяют или ударяют каплю. Чем больше масса мелких частиц, сталкивающихся с большим препятствием, тем больше смещение от линии тока потока.
Гравитационное осаждение – оседание частиц под действием силы тяжести.
Перехват. Это когда мелкие частицы следуют линиям тока, но если они текут слишком близко к препятствию, они могут столкнуться (например, с веткой дерева).
Турбулентность . Турбулентные вихри в воздухе переносят частицы, которые могут сталкиваться. Опять же, есть чистый поток в сторону более низких концентраций.
Другие процессы, такие как: термофорез , турбофорез , диффузиофорез и электрофорез .

Мокрое осаждение

При мокром осаждении атмосферные гидрометеоры (капли дождя, снег и т. д.) вытягивают аэрозольные частицы. Это означает, что мокрое осаждение представляет собой гравитационную, броуновскую и/или турбулентную коагуляцию с каплями воды . Различные типы мокрого осаждения включают:

Очистка под облаками. Это происходит, когда падающие капли дождя или частицы снега сталкиваются с аэрозольными частицами посредством броуновской диффузии, перехвата, соударения и турбулентной диффузии.
Очистка в облаке. Это когда аэрозольные частицы попадают в облачные капли или облачные ледяные кристаллы, работая как облачные ядра или захватываясь ими при столкновении. Они могут быть вынесены на поверхность земли, когда в облаках образуется дождь или снег. В компьютерных моделях аэрозолей аэрозоли и облачные капли в основном рассматриваются отдельно, поэтому зародышеобразование представляет собой процесс потерь, который необходимо параметризовать .

Смотрите также

Ссылки

^ Seinfeld, John; Spyros Pandis (2006). Атмосферная химия и физика: от загрязнения воздуха до изменения климата (второе издание). Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, Inc. ISBN 0-471-72018-6.
^ Мищук, Наталия А. (2004). "Глава 9 - Кинетика коалесценции броуновских эмульсий". Interface Science and Technology . 4 (ред. Д. Н. Пецев). Elsevier: 351–390. doi :10.1016/S1573-4285(04)80011-5. ISBN 9780120884995.