气溶胶粒子的界面现象探究气溶胶粒子的界面现象

研究气溶胶的动力学特性的同时，须考虑到粒子的界面现象，包括界面蒸发及凝集和成核现象、黏附现象、粒子带静电荷现象等。它们都影响着气溶胶的动力学性能。

9.1.3.1　蒸发与凝集现象

蒸发是指气溶胶粒子表面发生的气化现象。它的反过程是凝集现象。蒸发现象的出现是由在同一时间内微粒（液滴）表面逸出的分子数多于进入的分子数所致。微粒（液滴）蒸发的速率如下：

式中，m——质量，g；

t——时间，s；

d——微粒（液滴）直径，cm；

M1——液体蒸气的相对分子质量，g/mol；

D1（2，3）——液体蒸气在气体中的扩散系数，cm2/s；

R——气体常数；

T——绝对温度，K；

δ——饱和度，相对湿度为100%时，δ=1；

p1——液体蒸气压，10-5N/cm2；

p——微粒（液滴）蒸气压，10-5N/cm2；

α——蒸发（凝集）系数，对于H2O，为0.04；

ν=[RT/(2πM1)]1/2,cm/s;

Δ≈λ，气体分子的平均自由程，cm。

凝集是蒸发的反向过程。液滴在给定的饱和度值的条件下凝集时，增长的最小微粒直径定义为液滴的临界直径。小于临界直径的微粒将蒸发。蒸发出的质量将提供给较大微粒进行增长。

临界直径计算公式如下：(www.xing528.com)

式中，D临界——临界直径，cm；

γ——液体表面张力，10-5N/cm2；

ρl——液体的密度，g/cm3；

p′——周围介质的压力，10-5N/cm2；

Vc——分子摩尔体积，cm3/mol。

9.1.3.2　黏附现象

沉积在固体表面上的气溶胶微粒，通过黏附力的作用附着在接触点上。黏附力的产生与粒子及其固体表面性质、界面的几何形状及凝集的气体成分有关。直径为1～103μm的微粒，其黏附力为10-8～10×10-5 N以上。

在实际气溶胶体系中，黏附力往往是由凝集水蒸气在界面处的毛细作用产生的，与相对湿度有关，其关系式为：

式中，Fa——黏附力，10-5 N；

k——玻尔兹曼常数；

d——微粒直径，μm；

RH——相对湿度，%。

但是，当微粒直径小于20μm时，相对湿度对黏附力的影响很小。

大多数微粒表面是粗糙的，不均匀的，不平整度可达数微米。较大微粒粗糙表面上的黏附力可以用下面的经验式来计算：

式中，h——表面不平整度（高度），h≤d。

9.1.3.3　粒子带电现象

气溶胶微粒带静电荷，是由其本身电子的过剩或不足，或是黏附于其表面的离子极性所致。大多数微粒上的电荷是自然获得的，如在与其他物体接触或分离时发生的电子迁移、自由离子扩散黏附等。这些电荷可以居留在微粒的表面。微粒带上静电荷后，会使黏附力增强。带相反电荷的微粒碰撞和黏附会影响尘云的沉降速率。如果气溶胶云中带异性电荷的微粒不均等，则微粒就会弥散，气溶胶云的体积就会随时间延长而扩大。