Abscheidung (Aerosolphysik)



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In der Aerosolphysik ist Ablagerung der Vorgang, bei dem sich Aerosolpartikel auf festen Oberflächen ansammeln oder ablagern, wodurch die Konzentration der Partikel in der Luft verringert wird. Sie lässt sich in zwei Teilprozesse unterteilen: Trocken- und Nassabscheidung . Die Abscheidungsrate oder Abscheidungsgeschwindigkeit ist bei Partikeln einer Zwischengröße am langsamsten. Die Abscheidungsmechanismen sind entweder für sehr kleine oder sehr große Partikel am effektivsten. Sehr große Partikel setzen sich durch Sedimentation (Absetzen) oder Impaktionsprozesse schnell ab, während die Brownsche Diffusion den größten Einfluss auf kleine Partikel hat. Denn sehr kleine Partikel koagulieren in wenigen Stunden, bis sie einen Durchmesser von 0,5 Mikrometer erreichen . Bei dieser Größe koagulieren sie nicht mehr. Dies hat einen großen Einfluss auf die Menge an PM-2,5 in der Luft.

Abscheidungsgeschwindigkeit ist definiert von F = v c , wobei F ist Flussdichte , v ist Depositionsgeschwindigkeit und c ist Konzentration . In Gravitationsabscheidung, ist diese Geschwindigkeit die Sinkgeschwindigkeit aufgrund der Schwerkraft -induzierte ziehen .

Oft wird untersucht, ob ein bestimmtes Teilchen auf ein bestimmtes Hindernis trifft oder nicht. Dies kann mit der Stokes-Zahl Stk = S d vorhergesagt werden , wobei S der Anhalteweg ist (der von der Partikelgröße, der Geschwindigkeit und den Widerstandskräften abhängt) und d die charakteristische Größe (oft der Durchmesser des Hindernisses) ist. Wenn der Wert von Stk kleiner als 1 ist, kollidiert das Partikel nicht mit diesem Hindernis. Wenn der Wert von Stk jedoch größer als 1 ist, wird dies der Fall.

Die Ablagerung aufgrund der Brownschen Bewegung gehorcht sowohl dem ersten als auch dem zweiten Fick-Gesetz . Die sich ergebende Abscheidungsfluss ist definiert als J = n D / t , wobei J Abscheidungsfluss ist, n ist die anfängliche Zahlendichte , D die Diffusionskonstante und t die Zeit ist . Dies kann integriert werden, um die Konzentration zu jedem Zeitpunkt zu bestimmen.

Trockene Abscheidung

Trockene Ablagerung wird verursacht durch:

  • Aufprall . Dies ist der Fall, wenn kleine Partikel, die auf ein größeres Hindernis treffen, aufgrund ihrer Trägheit nicht in der Lage sind, den gekrümmten Stromlinien der Strömung zu folgen, so dass sie auf den Tropfen treffen oder auf ihn aufprallen. Je größer die Massen der kleinen Partikel sind, die dem großen zugewandt sind, desto größer ist die Verdrängung aus der Stromlinie.
  • Gravitations- Sedimentation - das Absetzen von Teilchen fällt aufgrund der Schwerkraft nach unten.
  • Abfangen. Dies ist der Fall, wenn kleine Partikel den Stromlinien folgen, aber wenn sie zu nahe an ein Hindernis strömen, können sie kollidieren (zB ein Ast eines Baumes).
  • Turbulenzen . Turbulente Wirbel in der Luft übertragen Partikel, die kollidieren können. Auch hier gibt es einen Nettofluss in Richtung niedrigerer Konzentrationen.
  • Andere Verfahren, wie: Thermophorese , Turbophorese , Diffusiophorese und Elektrophorese .

Nassabscheidung

In Nassabscheidung , atmosphärischen hydrometeors (regen Tropfen, Schnee etc.) scavenge Aerosolteilchen. Dies bedeutet, dass die nasse Abscheidung eine Gravitations-, Brownsche und/oder turbulente Koagulation mit Wassertröpfchen ist . Zu den verschiedenen Arten der Nassabscheidung gehören:

  • Unter-Wolken-Aufräumen. Dies geschieht, wenn fallende Regentröpfchen oder Schneepartikel mit Aerosolpartikeln durch Brownsche Diffusion, Interception, Impaction und turbulente Diffusion kollidieren.
  • Aufräumen in der Cloud. Hier gelangen Aerosolpartikel in Wolkentröpfchen oder Wolkeneiskristalle, indem sie als Wolkenkeime wirken oder durch Kollision von diesen eingefangen werden. Sie können an die Erdoberfläche gebracht werden, wenn sich Regen oder Schnee in Wolken bildet. In Aerosol-Computermodellen werden Aerosole und Wolkentröpfchen meist getrennt behandelt, so dass die Nukleation einen zu parametrisierenden Verlustprozess darstellt .

Siehe auch

Verweise

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Axel Miller

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Gerlinde Böhme

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