Составители:
Рубрика:
При адсорбции влаги на твердых частицах в первую очередь происходит заполнение
микрокапилляров. Давление на стенки адсорбента может приводить к его структурным изменениям -
наблюдается набухание. Для некоторых веществ объем частицы может увеличиваться в несколько
раз. Законченной теории этого явления в настоящее время нет.
Собственно гетерогенная конденсация влаги на аэрозольных частицах определяется физико-
химическими свойствами вещества частиц и связана с уменьшением равновесной упругости пара у
ее поверхности на величину, зависящую от химической природы и степени диссоциации
растворяемого вещества (закон Рауля). Выражение для расчета равновесной упругости пара у
поверхности капельки раствора было выведено Х.Келлером, а затем другими исследователями путем
введения поправки в формулу Томсона (см. гл. 3). Оно имеет следующий вид (Дж.Мейсон)[42]:
здесь σ
′
, ρ
к
′
- поверхностное натяжение и плотность раствора соответственно; i - фактор Вант-Гоффа,
характеризующий степень диссоциации растворенного вещества; m
c
и µ
c
- масса и молекулярный вес
растворенного вещества; p
∞
- равновесная упругость пара над плоской поверхностью раздела.
Так как в большинстве ситуаций вещество аэрозольных частиц в атмосфере представляет
смесь различных химических соединений, то многие исследователи описывают изменение размера
аэрозольной частицы в результате гетерогенной конденсации эмпирическими формулами. Весьма
простая и удобная формула была предложена Ф.Кастеном:
где f - относительная влажность; ε - эмпирический параметр, слабо зависящий от размера частиц, их
природы и относительной влажности; для разных атмосферных аэрозолей значения ε изменяются от
0,180 до 0,285; r
0
- начальный радиус частицы.
Основоположником теории конденсационного роста единичной капли в газообразной среде
можно считать К.Дж.Максвелла, который в 1877 г. дал решение задачи стационарного испарения
крупной сферической капли, неподвижной по отношению к бесконечно протяженной однородной
среде. Задача решалась им в предположении, что у поверхности капли концентрация пара
равновесная, т.е. для крупных капель она равна концентрации насыщенного пара при температуре
капли (это предположение справедливо при r » l, где l - средняя длина свободного пути пробега
молекул пара). В случае стационарного испарения капли радиусом r задача сводится к решению
уравнения стационарной диффузии:
(4.1)
(где ρ - концентрация пара; D
v
- коэффициент молекулярной диффузии водяного пара в воздухе) со
следующими граничными условиями: ρ = ρ
∞
при r
′
→ ∞, ρ = ρ
0
при r
′
= r. Тогда поток пара (I) через
любую концентрическую с каплей сферическую поверхность радиусом r
′
постоянен и равен:
Интегрирование уравнения дает
(4.1a)
или
(4.1b)
Равенство (4.1 b) и есть формула Максвелла для испарения крупной капли, так как по смыслу
величина I = - dm/dt, где m = 4πr
3
ρ
d
/3 - масса капли. Из формулы (4.1b) видно, что скорость
испарения капли определяется скоростью диффузии пара в окружающей среде. Следует подчеркнуть
также, что скорость испарения массы капли пропорциональна не ее поверхности, как при испарении
в вакууме, а ее радиусу. Из равенств (4.1 a) следует, что
(4.2)
Уравнение (4.1b) можно переписать как
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 57
- 58
- 59
- 60
- 61
- …
- следующая ›
- последняя »
