Proprietățile aerosolilor
Proprietățile aerosolilor sunt determinate nu numai de starea și proprietățile fazei dispersate, adică de particulele în sine, dar și de interacțiunea lor cu mediul de dispersie. Acesta din urmă se caracterizează prin natura gazului, presiunea, temperatura și prezența gradientilor acestuia, precum și viteza de curgere și de turbulență.
Varietatea nesfârșită a proprietăților aerosolului este predeterminată de o combinație de mai mulți factori. Acestea includ natura chimică a particulelor de aerosol, forma, structura și mărimea acestora. Acestea din urmă pot varia într-un interval foarte larg - de la câțiva angstromi până la fracțiuni de un milimetru. Cu alte cuvinte, numărul de molecule din particula de aerosol poate varia de la câteva piese la aproximativ 1018.
Limita inferioară a amplorii sale este destul de evidentă. De fapt, o particulă dintr-o fază dispersată trebuie să conțină cel puțin câteva molecule: un set de particule monomoleculare este un gaz, nu un aerosol. Multe gaze și vapori conțin molecule asociati - dimeri, trimmere, tetrameri etc. adică asocierea moleculelor din grupul deținute de intermoleculară (van der Waals) forțele ..... Criteriul nu este dimensiunea, ci diferența calitativă a comportării moleculelor de gaz și a particulelor de aerosol.
Primul sari de la ei când se ciocnesc cu suprafețe solide. Cu particule de aerosol nu se observă acest fenomen. Ele nu coboară de pe suprafață în eventualitatea unei coliziuni. În același timp, capacitatea de a adera pe deplin depinde nu numai de numărul de molecule din fiecare dintre ele, ci și de natura lor. Soarta particulelor după coliziune cu suprafața - sări sau prindere, posibilitatea sau imposibilitatea desorbția - este determinată, în primul rând, relația dintre energia de interacțiune dintre cele două părți, și mișcare termică, și în al doilea rând, capacitatea particulei „plăti“ în sine impact energetic. Aceasta din urmă conduce la o adeziune ireversibilă. Apare când particulele ajung la o dimensiune de cel puțin 6 ... 10 molecule. Această valoare poate fi considerată limita inferioară a dimensiunii particulelor de aerosol. Comportamentul lor cu creșterea acestui indicator variază. Cele mari, care conțin 109 sau mai multe particule, pot sări de pe suprafață într-o anumită situație, în anumite condiții. Pentru ei, capacitatea de a lipi nu mai este un criteriu pentru apartenența la aerosoli. Este posibilă o revenire a particulelor mari. În primul rând, pentru că energia impactului lor asupra suprafeței poate multe ordine de mărime mai mare decât energia de mișcare termică, și nu este absorbit de particule complet molecule. Există, de asemenea, un al doilea motiv pentru explicarea acestui fenomen. Particulele mari nu au timp să fie încetinite de mediul în care se apropie de suprafață. În cele din urmă, pentru ei, energia interacțiunii moleculare cu peretele este slăbită - aderența. Aceasta se datorează faptului că suprafața particulelor crește mai lent decât masa și nu toate moleculele sale participă la interacțiunea de suprafață a unei particule mari, ci doar la o mică parte din ea.
Să analizăm problema unde trece limita superioară a dimensiunilor particulelor.
Așa cum s-a menționat mai sus, aerosolul este o suspensie de particule solide sau lichide în gaz. Acum adăugăm că includ și cele în care particulele se deplasează în principal împreună cu fluxurile de gaz care le conțin, adică ele constituie un sistem suficient de stabil cu acesta.
Particulele se pot deplasa în raport cu mediul datorită acțiunii gravitației, câmpului electric, inerției și altor forțe. De exemplu, în mișcarea curbilinie a curentului de aerosol, traiectoria particulei datorată inerției se abate de la linia de curgere a gazului. Deci, dacă există o turbulență în mediu, adică mișcarea este vortex, atunci vortexul va atrage particulele. În acest caz, forțele de inerție le aruncă de la un vârtej la altul. Relația dintre aceste două fenomene este determinată de mărimea și masa particulelor. Acesta poate fi folosit pentru a determina limita superioară a dimensiunilor lor. Aerosolul există atâta timp cât particulele suspendate în gaz se deplasează în principal împreună cu acesta. Pornind de la această condiție, în cazul în care viteza de deplasare în raport cu mediul umklapp lor ca urmare nu mai mult decât în mediul de transfer, o astfel de particule poate presupune aerosoli. Această definiție este condiționată. Acest lucru se explică prin faptul că raportul dintre umklapp și antrenarea particulelor în fluxul de gaze depinde nu numai de mărimea lor. Acest indicator este de asemenea influențat în mod semnificativ de intensitatea turbulențelor. Pentru acestea din urmă existente la vânt moderat în stratul de suprafață al atmosferei, starea vitezei de migrare ecuației datorită antrenării și substanță umklapp cu o dimensiune de densitate a apei sferice de particule corespunzătoare la 40 ... 60 mm, m. F. 4 x 10-5 m, cel mai majore se poate comporta ca aerosol. Acest lucru se observă într-o atmosferă mai densă și turbulentă.
După cum se știe, în timpul tratamentului cu aerosoli, particulele lor sunt transportate împreună cu mediul gazos și pot fi deplasate în raport cu acesta.
Luați în considerare mecanismele acestui proces.
Să presupunem că gravitatea acționează asupra particulei. In acelasi timp, incepe fluxul in jurul ei, insotit de rezistenta hidrodinamica, a carui putere este determinata de formula obtinuta de studentul Universitatii Oxford, J. Stokes:
unde: F - forța de rezistență hidrodinamică; a este raza particulei; V este viteza mișcării sale; η este coeficientul de frecare internă, [m / lt].
În exemplul nostru, depunerea particulelor are loc sub acțiunea gravitației. Conform mecanicii aerosolilor, trebuie să fie accelerat la fel. Așa cum am menționat mai devreme, particula se deplasează într-un mediu (vâscos, gazos sau lichid) sub acțiunea unei forțe constante, în acest caz, a gravitației. Acesta reunește rapid viteza în timpul acestei mișcări, care devine uniformă datorită echilibrării forței de greutate prin forța de rezistență.
Din condiția egalității lor, este posibil să se determine viteza la care va fi depusă o particulă sferică cu densitatea ρ, [m / l3] [6]:
Apropierea la viteza mișcării staționare este determinată de formula:
unde: τ - timpul de relaxare mecanică a particulelor [6].
În domeniul aerosolilor, această valoare este foarte mică: la o singură densitate, este de numai 10-6 s pentru o particulă cu dimensiunea de 1 μm. Astfel, timpul necesar pentru atingerea unei viteze de 90% la starea de echilibru este de aproximativ 2 microsecunde după debutul căderii. Acest lucru ne permite să concluzionăm că, sub acțiunea unei forțe constante, particulele de aerosol fac întotdeauna o mișcare uniformă. Cu toate acestea, nu respectă întotdeauna ecuația Stokes. Reprezentarea fidelă va mediu gazos ca un lichid continuu numai la distanțe mult mai mari decât calea medie liberă a moleculelor de gaz X - distanța medie parcursă de unul dintre ei să intre în conflict cu o alta. În aer la presiune atmosferică λ≈6 × 10-8 m. Uneori dimensiunea particulelor poate fi comparată cu o valoare dată. În acest caz, ecuația Stokes necesită corecții. În caz contrar, legea mișcării moleculare libere începe să acționeze. Aceasta se întâmplă atunci când particula devine mult mai mică decât calea medie liberă. În acest caz, este în starea unei molecule grele. Aceasta diferă semnificativ de poziția corpurilor raționalizate de lichid. Mișcarea particulelor este împiedicată de o coliziune cu moleculele de gaze. Astfel, se poate concluziona că comportamentul lor într-un anumit mediu depinde în mod semnificativ de dimensiunea particulelor și de calea medie liberă a particulelor. Relația dintre aceste două cantități se numește numărul Knudsen, care, împreună cu viteza absolută, exercită o mare influență asupra legii rezistenței.
Trebuie notat faptul că formula Stokes este confirmată numai la un interval de timp în care viteza particulei este mai mică decât această valoare pentru moleculele de gaz (sunet în mediu). Raportul lor se numește numărul Mach (Ma).
De asemenea, este necesar să se acorde atenție faptului că atunci când se găsește forța de rezistență, se iau în considerare numai forțele vâscoase ale mediului. În acest caz, consumul de energie pentru a-și depăși inerția este neglijat. Din aceasta rezultă că formula Stokes este o soluție aproximativă a ecuației pentru curgerea unui fluid vâscos (ecuațiile Navier-Stokes). Relația dintre rolul forțelor vîscoase și inerțiale se caracterizează prin numărul neimportant al lui Reynolds:
unde: ρ este densitatea unui mediu vâscos (gaz). Când Re<1 инерционными эффектами можно пренебречь.
Proprietăți aerosol - 4.0 din 5 bazate pe 1 vot
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: