Дисперсные системы в атмосфере

Дисперсные системы, состоящие из твердых или жидких частиц, распределенных в газовой фазе, называются аэрозолями.

Условия существования устойчивого аэрозоля:

1) маленькая скорость седиментации частиц;

2) отношение сил инерции к силам вязкости мало;

3) система обладает высокой удельной поверхностью;

4) в системе реализуется активное броуновское движение частиц.

Время жизни частиц в атмосфере определяется скоростью ее седиментации.

W_g = 2r ²ρ_чg/(9μ)

– уравнение Стокса при условии, что радиус частицы больше величины среднего свободного пробега молекулы, где r и ρ – радиус и плотность частицы; g –ускорение свободного падения; μ – динамическая вязкость газа (для воздуха при 298 К μ = 1,81 ∙10 -4 Па∙с).

В атмосфере скорость седиментации зависит от высоты над уровнем моря.

Скорость броуновского движения увеличивается с размером частиц и обычно принимается во внимание, если r < 0,5 мкм.

Важным следствием броуновского движения является столкновении частиц и их последующая коагуляция. Скорость коагуляции описывается уравнением:

-dN/dt = 8πDrN²,

где N – число частиц в единице объёма; t – время; D – коэффициент диффузии частиц:

D =kt (1 + AL/t)(6πμr),

где k – константа Больцмана; T – абсолютная температура; А – поправочный коэффициент Стокса –Кунихема; L – средняя длина свободного пробега молекул газа (L = 65,3 нм при нормальных условиях).

Коэффициент А описывается уравнением:

A = 1,257 + 0,400 exp (-1,10r/L).

Тогда

-dN/dt = 4kt (1+ AL/t)N²/(3μ).

Из этого уравнения следует, что скорость выведения частиц из атмосферы в результате их коагуляции пропорциональна квадрату концентрации и обратно пропорциональна радиусу частиц.

Аэрозоли обычно подразделяются на две большие группы по происхождению и по размерам частиц - микро и макрочастицы. Микрочастицы (радиус меньше 0,5 -1,0 мкм) образуются в процессах коагуляции и конденсации, тогда как макрочастицы (радиус > 1,0 мкм) возникают в основном при дезинтеграции поверхности Земли.

Date: 2015-07-22; view: 1795; Нарушение авторских прав