Составители:
Рубрика:
Так как сила тяжести, действующая на падающие частицы, направлена против вектора
конвективного переноса мелких частиц воздухом, обтекающим крупную частицу, то эффективность
конвективной броуновской коагуляции несколько уменьшается. В этом проявляется влияние
седиментации осаждающихся частиц. По величине оно одного порядка с влиянием эффекта
зацепления.
Поскольку гидродинамическое поле крупной частицы неоднородно, то на движение малых
частиц в этом поле всегда будет оказывать влияние их инерция. Возможны два режима движения под
влиянием инерции в неоднородном поле среды: докритический, когда поведение мелких частиц
аналогично поведению воздушных частиц, обтекающих поверхность крупной частицы, и
сверхкритический, когда влияние инерции столь велико, что траектории мелких частиц пересекают
поверхность больших. При сверхкритическом режиме наблюдается еще один механизм коагуляции
— инерционное осаждение.
Все три рассмотренных процесса действуют совместно при явлениях гравитационной
коагуляции падающих в воздухе частиц сравнимых размеров. На характер протекания
коагуляционных процессов в среде оказывает влияние эффект гидродинамического взаимодействия
частиц. Силы гидродинамического взаимодействия при малых скоростях движения (малых числах
Рейнольдса) препятствуют сближению частиц, причем они неограниченно возрастают при их
сближении и приводят к гидродинамическому запрету коагуляции
*
.
Коагуляцию аэрозольных частиц в какой-то степени усиливает турбулентность среды. Если
внутренний (колмогоровский) масштаб турбулентности меньше или сравним с размерами частиц, то
наблюдается их турбулентное блуждание, аналогичное броуновскому, что приводит к
непосредственной турбулентной коагуляции частиц. Внутренний масштаб турбулентности в
атмосфере примерно равен или больше 1 мм, поэтому непосредственная турбулентная коагуляция
имеет место только для очень крупных частиц, например, хлопьев снега. В остальных ситуациях
турбулентность будет усиливать коагуляционные процессы вследствие интенсивного турбулентного
перемешивания частиц на расстояниях, больших внутреннего масштаба турбулентности.
Следовательно, характеристики турбулентности среды должны входить во внешние граничные
условия.
Турбулентность приводит к появлению дополнительной регулярной неоднородности
гидродинамического поля на расстояниях между частицами, меньших внутреннего масштаба
турбулентности. Турбулентные пульсации могут способствовать перебросу частицы из области
дальнодействующих сил взаимного отталкивания в область, где действуют силы взаимного
притяжения. Природа этих сил может быть различной. В среде, температура которой неоднородна,
при характерных размерах неоднородностей, меньше или сравнимых с размерами частиц, появляется
термофоретическая сила, пропорциональная градиенту температуры и действующая в направлении
уменьшения температуры. Вследствие этого может наблюдаться осаждение частиц на более
холодные облачные элементы, так называемая термопреципитация. Известно, что в среде с
неоднородностями парциального давления, сравнимыми с размерами частиц, возникает сила,
пропорциональная градиенту парциального давления, действующая в направлении уменьшения
парциального давления — диффузиофорез. Для броуновских частиц аналогичные явления
называются термодиффузия и бародиффузия.
Электрические силы взаимодействия между частицами ответственны за
электростатическую коагуляцию. Эти силы могут возникнуть как под действием внешнего
электрического поля, так и из-за электрического заряда самих частиц. Внешнее электрическое поле
может создать наведенный дипольный момент, причем все ориентированные диполи будут взаимно
притягиваться. Силы притяжения будут действовать также между разноименно заряженными
частицами и между нейтральными проводящими частицами и частицами с зарядом любого знака.
Индукционные (зеркальные) силы возникают всегда, когда возможно перемещение зарядов в
частицах и всегда будут способствовать коагуляции.
Силы взаимодействия между частицами вззникают также при испарении или конденсации
частицы в среде. Из-за испарения частица и окружающая среда должны охлаждаться, в результате
*
В литературе этот эффект известен как парадокс «нулевой относительной скорости». Поэтому при решении
конкретных задач необходим учет эффектов, возникающих на малых расстояниях между поверхностью частиц
и способствующих снятию запрета.
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 72
- 73
- 74
- 75
- 76
- …
- следующая ›
- последняя »
