Диффузия аэрозолей в атмосфере

Турбулентная диффузия взвешенных в атмосфере частиц представляет не только узко специальный интерес для физиков-теоре-тиков и метеорологов, но является также проблемой большой практической важности. Распространение дыма промышленных предприятий приобрело в настоящее время серьезное значение в связи с охраной общественного здоровья. В сельском хозяйстве инсектициды нередко применяются в виде аэрозолей для получения равномерного осадка на почве, воде или растениях, а в некоторых случаях и для нанесения на летящих насекомых. Распространение спор грибков, вызывающих различные болезни растений, и перенос пыльцы и других дыхательных аллергенов — примеры других практически важных случаев атмосферной диффузии. Законы турбулентной диффузии в атмосфере применяются также при изучении распространения ядовитых газов, выпадения радиоактивной пыли, образующейся при атомных взрывах, и при маскировке военных объектов дымовыми завесами. [c.271]

ДИФФУЗИЯ АЭРОЗОЛЕЙ В АТМОСФЕРЕ [c.271]

Глава 8 Диффузия аэрозолей в атмосфере 271 [c.426]

Как видно из рис. 6.5, механизм сухого поглощения растениями включает перемещение частицы или молекулы газа к границе с ламинарным потоком, сопровождаемое преодолением сопротивления переносу из свободной атмосферы г,. Это перемещение происходит за счет турбулентной диффузии. Переход через слой ламинарного движения воздуха также требует преодоления сопротивления Г2, различного для разных частиц. Молекулы минуют этот слой путем молекулярной диффузии, следовательно, Гг -функция толщины слоя и коэффициента диффузии. Характерная толщина слоя около 1 мм она зависит от шероховатости поверхности и от скорости движения воздуха в свободной атмосфере. Частицы аэрозолей, в зависимости от их размера, преодолевают слой за счет броуновской диффузии (d < 0,1 мкм) или инерционного пролета. [c.215]

Рассмотрим сначала самую простую задачу диффузии аэрозолей в неподвижной атмосфере, т.е. когда имеет место полный штиль. Предположим, что эффективные значения коэффициентов турбулентной диффузии (в данном случае, скорее ламинарной диффузии) не зависят от направления. Тогда при однородности атмосферы математическая формулировка задачи сводится к уравнению одномерной диффузии [c.292]

Описание целого ряда метеорологических явлений также базируется на изучении броуновской диффузии аэрозолей к отдельным твердым и жидким частицам. Проблема все увеличивающейся загрязненности атмосферы требует понимания и описания процессов самоочищения атмосферы от химических, механических и радиоактивных загрязнений. Задача осаждения аэрозольных частиц на различных поглотителях возникает также при расчете эффективности фильтров. [c.136]

Следующим важным фактором, влияющим на атмосферную диффузию, является свойство загрязнения. Если выбросы содержат крупные частицы аэрозолей, то под действием силы тяжести они осаждаются вблизи источника выбросов. Вещества, способные адсорбироваться на мелких частицах аэрозолей, с одной стороны, легче подвергаются химическим превращениям, а с другой — могут способствовать коагуляции или служить ядрами конденсации с более быстрым стоком их из атмосферы. [c.19]

Частицы, взвешенные в неподвижной атмосфере, медленно оседают под действием силы тяжести, в закрытом сосуде они осаж< даются в конечном счете на дно, если же они достаточно малы, то вследствие диффузии часть их будет осаждаться на стенках Если коагуляция не имеет места, то градиент концентрации частнц в моно или полидисперсном аэрозоле и скорость их оседания могут быть легко вычислены как для неподвижного, так н для перемешиваемого аэрозоля Если же частицы подвергаются действию сил инерции, возникающих в потоке газа при изменении его направления, либо испытывают действие термических нли электрических сил, то картина становится более сложной В некоторых случаях эти силы могут быть настолько велики, что по сравнению с вызванным ими движением гравитационным оседанием и диф фузией можно пренебречь [c.175]

Для решения задач переноса коротковолновой и длинноволновой радиации в атмосфере и лучистого теплообмена необходимы знания пространственной структуры аэрозольных образований и его временных вариаций. В связи с многообразием погодных условий и разнообразием процессов генерации частиц поле аэрозоля претерпевает значительные временные вариации как суточные, так и сезонные. Основные механизмы генерации аэрозоля рассмотрены в главе 1. Было показано, что в атмосфере существуют процессы генерации аэрозоля, которые в первом приближении можно считать независимыми, например процессы образования почвенно-эрозионного, морского аэрозолей и аэрозолей газохимического происхождения. Каждый процесс генерирует частицы определенного химического состава и в определенных границах распределения частиц по размерам. Под воздействием процессов диффузии, коагуляции и седиментации образующиеся аэрозоли имеют распределение по размерам, которые можно отнести к трем модам ядерной моде, аккумуляционной моде и моде крупных частиц (грубодисперсная фракция аэрозолей). [c.121]

Теоретическое изучение вопроса о вертикальном распределении счетной концентрации солевого аэрозоля в безоблачной атмосфере показало [283], что в предположении о существовании равновесия между процессами седиментации и диффузии, без учета адвекции, высотный профиль счетной концентрации солевых частиц 0 в общем случае должен удовлетворять следующему уравнению [c.132]

Уже в начале применения инсектицидных аэрозолей для борьбы с вредными насекомыми стало ясно, что результаты обработок в очень сильной степени зависят от метеоусловий. Не удивительно, что проведение самих обработок строго регламентируется в зависимости от метеорологических условий. От состояния атмосферы зависит и расход препарата, и режим работы генератора. Количественно этот вопрос может быть изучен на основе теории атмосферной диффузии. В настоящее время существует два подхода к изучению процесса рассеяния примеси в приземном слое атмосферы. [c.106]

В атмосфере выбрасываемые отдельные частицы или группы частиц движутся благодаря молекулярной и турбулентной диффузии, обеспечивающей одинаковое течение процесса переноса тепла, вредных газов, мелких аэрозолей, водяных паров, количества движения и т. п. [c.15]

Пользуясь терминологией науки о рассеянии (конвективной диффузии) примесей в атмосфере, можно представить трактор или самолет с опрыскивателем как движущийся непрерывный точечный источник аэрозоля. [c.59]

Значительные успехи в изучении крупномасштабной диффузии были достигнуты после введения в практику исследования метода меченых флуоресцентных частиц Высокая чувствительность метода достигается путем микроскопического подсчета отдельных частиц цинк-кадмий-сульфида при ультрафиолетовом освещении. По этому методу были проведены опыты в штате Нью-Мексико (см. главу 12) и в Австралии . Аналогичные методы в течение нескольких лет использовались на Британской военно-химической экспериментальной станции в Портоне в связи с метеорологическими исследованиями диффузии льдообразующих аэрозолей, применяемых для искусственного вызывания дождя. Работа, проведенная в Портоне частично касалась изучения горизонтального рассеяния аэрозолей, но основной ее целью было получение надежных данных о вертикальной диффузии. Отбор проб из облака, создаваемого линейным источником меченых частиц, производился приборами, укрепленными на канате привязного аэростата, что позволило получить данные о вертикальном распределении аэрозоля на расстоянии 80 км от источника . Полученные данные указывают на более или менее постоянную концентрацию (по высоте) в конвективных слоях атмосферы и довольно резкий спад у нижней границы высокого инверсионного слоя (в исследованном случае на высоте 1000 м). Кроме того, обнаружено, что в отсутствие конвекции, но без заметной стабилизации атмосферы у земной поверхности вертикальная диффузия может быть очень ап-абой. В двух опытах было установлено, что аэрозольное облако содержалось в основном в слое высотой 600 м над землей, хотя в одном из опытов аэрозоль выпускался на высоте 300 м. Такое медленное вертикальное рассеяние заслуживает тем большего внимания, что при экстраполяции данных по переносу аэрозолей на малые расстояния получилось бы облако высотой 3300 м. Во всяком случае, [c.288]

При обработке сельскохозяйственных культур грубодисперсным аэрозолем методом волны численные концентрации капелек обычно малы и коагуляцией можно пренебречь. При использовании масляных препаратов и прочих нелетучих жидкостей можно пренебречь и испарением (распространение испаряющихся частиц рассмотрено в главе IV). Это позволяет использовать для анализа распространения аэрозоля современную теорию конвективной диффузии примеси в атмосфере. [c.60]

Скорость трения У. характеризует среднюю скорость турбулентных пульсаций скорости ветра, от которой зависит интенсивность турбулентной диффузии. Величина (], зависит от средней скорости ветра, степени шероховатости поверхности земли, степени устойчивости приземного слоя атмосферы. Критерий определяет роль гравитационного оседания и турбулентной диффузии в процессах распространения аэрозолей в приземном слое атмосферы. При достаточно малых значениях и, роль оседания мала, при достаточно больших — мала роль диффузии. [c.65]

Таким образом, для расчета процесса распространения аэрозоля, вводимого в атмосферу в виде вертикальной турбулентной струи, имеются необходимые предпосылки формулы, определяющие высоту подъема капель струей, и формулы теории атмосферной диффузии тяжелой примеси от источника (см. главу И). [c.123]

Применяют высокопроизводительные методы опрыскивания, при которых волна капель, создаваемая летящим самолетом или движущимся по земле опрыскивателем, наносится боковым ветром на широкую полосу посева. Разработан метод расчета обработки полевых культур волной грубодисперсного аэрозоля, позволяющий отчетливо выяснить влияние размера капель на их оседание. Основой этого метода является современная теория конвективной диффузии примесей в приземном слое атмосферы (см. главу П). [c.227]

Учет этого обстоятельства при решении уравнения диффузии может вызвать существенное перераспределение расчетной плотности осадка. Действительно, более интенсивная адсорбция аэрозоля из атмосферы подстилающей поверхностью приведет к увеличению плотности осадка вблизи источника и тем самым к более быстрому уменьшению числа частиц в дрейфующем облаке. Кроме того, в предельном случае р—>-оо, как следует из (2), q—уО при z—yZo, т. е. увеличение р приводит к смещению максимума концентрации в облаке на некоторую высоту z>Zo- [c.63]

При современном уровне возможностей охраны окружающей среды улавливание всех вредных выбросов данного предприятия невозможно, да и нецелесообразно экономически. Часть отходов производства неизбежно будет выбрасываться в атмосферу. Это обстоятельство требует выяснения закономерностей атмосферной диффузии частиц, результатов рассеивания аэрозолей в атмосфере. В силу крайней сложности этих вопросов в каждом частном случае результаты теоретического анализа нуждаются в экспериментальной проверке и коррекции. [c.15]

Мы видели, что при обычной температуре капельки даже малолетучих веществ обладают удивительно коротким временем жизни Однако эти расчеты до некоторой степени искусственны они относятся к изолированным капелькам, тогда как пространство внутри аэрозольного облака частично насыщено паром Теоретический анализ поведения такой системы преаставляет значительные труд ности и здесь рассматриваться не будет, но ясно, что при некоторых усаовиях частицы в облаке могут жить значительно дольще чем изолированные частицы Для монодисперсного аэрозоля состоя щего из равномерно расположенных капелек, испаряющихся в замкнутом пространстве с ненасыщенным первоначально воздухом время жизни зависит от концентрации частиц, и выще некоторого порогового значения концентрации частицы должны теоретически сохраняться неопределенно долго На практике явление усложняется коагуляцией и оседанием частиц и адсорбцией паров на стенках камеры в свободной же атмосфере аэрозольное облако разрежается не только вследствие диффузии пара и частиц изнутри облака и потерь за счет испарения на его границах но главным образом, из за перемещивания с ненасыщенным воздухом, вызванного турбулентной диффузией [c.106]

При Я+=Я уравнение (3.22) дает симметричную кривую распределения, которая становится все более сжатой по мере уменьшения капелек. Доля капелек с нулевым зарядом резко возрастает по мере уменьшения их радиуса. При радиусе в 1 мк 90% капелек имеет средний абсолютный заряд равный 5 элементарным зарядам. Лабораторная проверка распределения зарядов в экспериментальной облачной камере дала довольно хорошее согласие с теорией. Кроме того, установлено, что результаты опытов Джиллеспи и Ленгстрота с пылями, подвергнутыми старению настолько, что первоначально возникшие трибоэлектрические заряды успели рассеяться, также можно объяснить с помощью теории Ганна. Форма теоретической кривой распределения близка также к экспериментальной кривой Канкеля для первоначально незаряженного подвергнутого старению в течение разных промежутков времени аэрозоля хлорида аммония с частицами диаметром 0,7—Зжл (рис. 3.10). Ганн рассмотрел также скорость изменения заряда частиц высокозаряженной пыли вследствие диффузии к ним природных ионов, но ему не удалось проверить экспериментально выведенное им соотношение. Однако в работе Уесснера и Ганна было обнаружено, что аэрозоли с существенно различной первоначальной электризацией всегда приходят примерно к одному и тому же конечному стационарному распределению при длительном выдерживании в сильно ионизированной атмосфере. Позднее эти же авторы показали экспериментально, что уравненпе (3.22) справедливо также при неодинаковой подвижности положительных и отрицательных ионов и окончательно подтвердили то мнение, что заряды частиц в старых аэрозолях обусловлены тепловой диффузией легких ионов, обычно присутствующих в атмосфере. [c.92]

Приведенные выше формулы применимы лишь к аэрозолям е настолько мелкими частицами, что можно пренебречь потерями за счет их осаждения. При наличии крупных частиц выпадение на землю может сильно уменьшить концентрацию аэрозоля. Частицы разных размеров, выпущенные с некоторой высоты к над землей, при ламинарном ветре осели бы на землю на расстояниях Ни1о по горизонтали (где и — скорость ветра, а V — скорость оседания частицы). Таким образом, частицы с малой скоростью оседания достигли бы земли лишь очень далеко от источника. В турбулентной атмосфере частицы переносятся к поверхности земли турбулентной диффузией и осаждаются на поверхности за счет,седиментации, инерционного осаждения, диффузии и, возможно, также под действием электрического поля Земли. Взаимодействие факторов, управляющих осаждением аэрозолей из атмосферы, весьма сложно и еще недостаточно изучено. Все же полезно оценить скорость осаждения хотя бы приблизительно, предполагая, что вертикальное распределение вещества в облаке не изменяется в прО цессе осаждения и что скорость выпадения (количество вещества, выпадающего на единице площади за секунду) в любой точке вдоль пути облака выражается произведением концентрации аэрозоля у самой земли % и скорости оседания частиц V. Используя метод, примененный при оценке осаждения взвешенных в воздухе спор и для расчета радиоактивных выпадений мы можем вычислить количество вещества, выпавшего из облака от непрерывного наземного точечного источника, заменив постоянную производительность источника Q величиной Р (д ). Последняя представляет [c.279]

При распределении диспергированной фазы в достаточно большом объеме частицы под влиянием диффузии удаляются друг от друга, что снижает вероятность их встречи и, следовательно, агрегации. Это одна из причин агрегативной устойчивости аэрозолей — пылей, туманов, дыма, распространяющихся в атмосферу. [c.41]

Как известно, современная наука о распространении аэрозолей в атмосфере развивается в двух направлениях совершенствуется полуэмпирическая теория, основанная на формальном использовании уравнения конвективной диффузии типа уравнения Фикка, и разрабатывается более новая статистическая теория (см., например, [7]). Практические достижения, особенно практически приемлемые методы расчета, пока связаны в основном с полуэмпирической теорией, которая принята за основу. [c.60]

Отметим, что величина сечения захвата определяется экспериментально путем продувания насекомых в аэродинамической трубе потоком монодисперсных аэрозолей разного размера, а величину импульса концентрации можно найти, решив иолуэмиирическое уравнение турбулентной диффузии в приземном слое атмосферы. Один из возможных вариантов, когда коэффициент турбулентной диффузии и скорость ветра постоянны по высоте, указан в работе [5]. Анализ применимости такого подхода докладывался на конференции [6]. [c.99]

В статье рассматривается процесс рассеяния аэрозольного облака, выпускаемого линейным источником в приземной слой атмосферы. Аналитическим путем получено асимптотическое решение уравнения турбулентной диффузии при степенном росте скорости всгра и линейном росте коэффициента турбулентности с высотой для случая, когда поток аэрозоля на подстилающую поверхность отличается от гравитационного. Экспериментальные данные, полученные в проведенных методом материального баланса полевых опытах, находятся в удовлетворительном соответствии с результатами расчетов при условии полного поглощения аэрозоля подстилающей поверхностью. [c.196]

Пока не имеется реальных доказательств того, что иод присутствовал и ныне присутствует в виде газа. Большая часть иода, образующаяся при сжигании морских водорослей, действительно присутствует в газообразной фазе. Однако работы Чемберлена и др. [43, 44] по изучению радиоактивного свидетельствуют о том, что газообразный иод легко поглощается аэрозолями. Это поглощение, по-видимому, является практически стопроцентным, если концентрация аэрозолей примерно в 1000 раз превышает концентрацию иода. При увеличении отношения концентраций иода и аэрозолей возникает вероятность существования значительных количеств иода в виде газа, что подтверждается быстрым увеличением его коэффициента диффузии. Если сопоставить эти выводы с наблюдаемыми величинами концентраций иода в атмосфере, то получается, что поглощение иода на естественных аэрозольных частицах с концентрациями порядка 100 мкг1м должно быть более или менее полным. Результаты Чемберлена с соавторами по иоду являются фундаментальными для химии атмосферы и могут быть распространены на другие газы, например СЬ. [c.118]