气溶胶粒子的聚并.pdfVIP

第八章 气溶胶粒子的凝并  气溶胶粒子的凝并是指气溶胶粒子由于相对运动彼此间发生碰撞、接触而粘 着和融合成较大粒子的过程。是发生于气溶胶粒子间的重要现象。其结果是粒子 的数目减少而粒子的直径增大。由布朗运动（扩散）导致气溶胶粒子互相接触而 合并的过程叫做热凝并，它在气溶胶粒子中是普遍存在的。在内力作用下也能引 起气溶胶粒子的凝并，由范德华力（分子力）、荷电粒子电偶极子和磁极子等所 引起的粒子凝并等。在外力场影响下也可引起凝并，如电场和磁场中的凝并, 重 力场和离心力场中的凝并（动力凝并）、声场中的凝并以及层流和紊流中的凝并 等。在本章中我们将着重讨论热凝并、分子间作用力引起的凝并荷电粒子的凝并、 荷电粒子的凝并、电场和磁场中的凝并、声凝并以及梯度凝并等。  在气溶胶粒子凝并理论中，一般都假设粒子的每一次接触均导致凝并，凝并 理论的目标是描述粒子的数目浓度及粒径大小随时间的变化。 一 热凝并 斯莫鲁科夫斯基（Smoluchowski）首先提出了在静止介质中气 溶胶粒子热凝并的经典理论。他假设球形粒子的热凝并服从扩散定 律，任何粒子间的碰撞与接触导致它们间的凝并，即在单一分散气 溶胶中，假设其中一个粒子是静止的，而试求另外的粒子与其接触 的频繁程度，或者说平均要经过多长时间间隔，作布朗运动的粒子 才能与该静止的粒子相接触。此外还假设在整个凝并过程中，该静 止粒子的大小与形状都保持不变。 对球形粒子来说，粒子的接触，其球心之间的距离等于其半径之 和，我们可以用一半径为 r12 的“吸收球面”来代替静止 粒子（见图8-1）。 r 半径为 2 的粒子2在单位时间内扩散到半径为 r1 的粒子1上的粒子数目N 12 服从扩散定律，所以： 2 n N 4r D ( ) 12 12 2 r r r12 （8-1） 其中D2是2类粒子的扩散系数； n n(r,r ,t) 是半径为r2 的粒子在t时刻的浓度， 2 它是从粒子1中心计算的距离 r 的函数。 r 为了决定对半径为 的“吸收球”的浓度梯度， 12 图8-1 吸收球 必须解以球坐标 表示的扩散方程： r r r r 12 1 2 2 (nr)  (nr)