Составители:
Рубрика:
Глава 4
ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ПРОЦЕССЫ В АЭРОДИСПЕРСНЫХ
СИСТЕМАХ
Аэрозольное, в частности водное, облако представляет собой систему частиц, взвешенных в
паровоздушной ионизированной среде. Каждая облачная частица может быть охарактеризована с
помощью некоторого набора параметров (масса частицы, ее геометрические размеры, заряд,
координаты центра тяжести и т.д.) Под влиянием процессов, происходящих в аэродисперсных
системах, эти параметры меняются.
4.1. Конденсационный рост частиц
Конденсационный рост аэрозольных частиц в атмосфере имеет несколько стадий: 1)
образование зародышей или возникновение ядер конденсации, 2) изменение размеров частиц при
колебаниях величины относительной влажности в условиях недосыщения (обводнение ядра), 3)
образование облачных (водных или ледяных) элементов в условиях недосыщения или пересыщения.
Для физики облаков вторая стадия не играет существенной роли, но она влияет на оптические
свойства атмосферных аэрозолей, так как относительно небольшое колебание размеров частиц
приводит к заметному изменению коэффициентов рассеяния и ослабления радиации. Кроме того,
обводнение частиц может в определенных условиях приводить к изменению скорости их
коагуляционного роста. Различают гомогенную и гетерогенную конденсацию.
Гомогенная конденсация. Рост частиц происходит только в результате наличия у зародыша
заряда (см. гл. 3) или в присутствии двух или более конденсирующихся компонент, т.е. в результате
гомогенной гетеромолекулярной конденсации. Теория гетеромолекулярной конденсации является
естественным обобщением теории гомогенной конденсации Х.Рейсса[65], созданной на основе
представлений статистической механики. Краткое изложение этой теории приводится в книге Б.Дж.
Мейсона «Физика облаков» (Л.: Гидрометиздат, 1962. 541 с.).
Кроме водяного пара в атмосфере в гомогенной гетеромолекулярной конденсации могут
участвовать серная и в какой-то мере азотная кислоты. Созданные К.Киангом (с сотрудниками)
таблицы для расчета скорости ядрообразования бинарных и тернарных систем H
2
O H
2
SO
4
и HNO
3
показывают, что мельчайшие капли из этих компонент могут образовываться при величине
относительной влажности больше 20%, концентрациях молекул серной кислоты больше 3⋅10
7
см
-
3
[66] и молекул азотной кислоты больше 1,0⋅10
17
см
-3
. Но для большинства аэрозольных частиц
характерен рост массы под влиянием процессов адсорбции, набухания и гетерогенной конденсации.
Механизм адсорбции весьма детально был исследован С. Брунауэром, Я.де Буром,
Я.И.Френкелем и др.[50,67]. Молекулы газа, сталкиваясь с поверхностью, какое-то время
контактируют с ней, а затем улетают (де Бур, 1962 г.). Число адсорбированных молекул на единицу
площади можно выразить как σ = n(1 - α)τ, где n - число молекул, ударяющихся о единичную
поверхность за секунду; α - доля молекул отражающихся от поверхности; τ- время адсорбции
молекул. Предполагая, что τ=τ
0
e
Q/
(
RT
)
(Q - теплота адсорбции; τ
0
- период колебания адсорбированной
молекулы в направлении, перпендикулярном к поверхности), τ
0
≅10
-13
c и что
MRTNpn
π=
2
(M-
масса молекулы), получаем
Выражение для полимолекулярной адсорбции пара на однородной поверхности было
получено С.Брунауэром, П.Эмметом и Е. Теллером (формула БЭТ) сходным путем. В обозначениях
Г.Хенела уравнение адсорбции имеет вид
где a
w
- водная активность, равная величине относительной влажности; µ - линейный коэффициент
возрастания массы; m
0
- масса сухого остатка частицы; m - масса частицы при влажности f=a
w
.
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 56
- 57
- 58
- 59
- 60
- …
- следующая ›
- последняя »
