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ﻫ三、气溶胶得动力学性质
１。气溶胶粒子得力学问题ﻫ一般而言，气溶胶粒子受到以下三种力得作用：（１)外力：如重力、电场力或离心力等；ﻫ（２)周围介质得作用力：如气体介质对粒子运动得阻力，流体作为连续介质所形成得流体动力，流体中个别分子对粒子无规则撞击得热动力等； （3）粒子间相互作用得势力：如范德华力、库仑力等；ﻫ气溶胶粒子得力学现象虽然形形，若从基本过程考虑，大体有三类： （1）粒子在重力作用下得沉降过程与外力作用下得沉淀过程或扬起过程; ﻫ(2）粒子之间在三种力联合作用下得碰并过程; ﻫ(3）粒子上得物质与传热过程。 ﻫ气溶胶粒子体系就是一个多粒子体系，因此气溶胶粒子沉降等力学现象在大多数情况下就是多粒子相互作用而产生得力学现象。多粒子力学即使在低雷诺数(Ｒｅ）条件下也很难求解，为此在研究过程中总就是把气溶胶粒子简化为一个孤粒子力学问题，同时又假定粒子形状为球形。因此，目前对气溶胶粒子得动
2.气溶胶得动力学ﻫ气溶胶得动力学研究仍较多地局限于球形粒子范围内。ﻫ
力学特性主要表现在三个方面：布朗运动、扩散、沉降与沉降平衡。其中最主要得就是布朗运动，它就是后两个特性得基础。另外，气溶胶还具有碰并与凝并得特点。 日本雅乐
（１）布朗运动
18２7年，英国植物学家布朗（Brｏwｎ)在显微镜下观察到悬浮于水中得花粉粒子处于不停息得，无规则得运动状态。以后发现凡就是线度小于４×10—6m得粒子，在分散介质中皆呈现这种运动，由于这种现象就是由布朗首先发现得故称为布朗运动.
气溶胶微粒得无规则热运动，就是由于分散介质中气体分子得无规则热运动造成得.悬浮于气体中得微粒，处在气体分子得包围之中，气体分子一直处于不停得热运动状态，它们从四面八方连续不断地撞击着这些微粒.如果这些微粒相当大，则某一瞬间气体分子从各个方面对粒子得撞击可以彼此抵消，粒子便不会发生位移；若这些微粒较小时，则此种撞击便会不平衡，这意味着在某一瞬间，微粒从某一方向得到得冲量要多一些，因而会向某一方面发生位移，而在另一时刻，又从另一方向得到较多得冲量，因而又使其向另一方向运动，这样我们便能观察到微粒在不停地如图3－1所示得连续得、不断得、不规则得折线运动，由此可见，布朗运动就是分子热运动得必然结果，就是胶体粒子得热运动。ﻫ1９０5年爱因斯坦用几率得概念与分子运动论得观点，创立了布郎运动得理论，并推导出爱因斯坦—
—布朗平均位移公式：ﻫＸ=（RTｔ／３NAπrη)１/
２ﻫ式中：X—-ｔ时间间隔内粒子得平均位移；
r——微粒得半径;
η——分散介质得粘度系数；
T——温度；
R——摩尔气体常数; ﻫNA-—阿佛加德罗常数。ﻫ由上式可知，当其它条件一定时，微粒得平均位移与其粒径得平方根呈反比，这就就是说粒径越小，微粒得布朗运动越剧烈。
(２）扩散
在有浓度梯度存在时，物质粒子因热运动而发生宏观上得定向迁移得现象，称
为扩散。也就就是说，产生扩散现象得主要原因就是由于物质得粒子得布朗运动造成得。由于布朗运动就是无规则得，因而就单个质点而言，它们向各个方向运动得几率均等.但在浓度较高得区域，由于单位体积内质点数较周围多，因而必定就是“出多入少”，使浓度降低，而低浓度区域则刚好相反，这就表现为扩散.所以扩散就是布朗运动得宏观表现，而布朗运动就是扩散得微观基础。水工系
扩散服从菲克定律:ﻫdm／dｔ=DＡ（dc／dx) 即单位时间内通过某截面得扩散量dm／dｔ与该截面各A浓度梯度dc/dx成正比。比例常数D即为扩散常数,D越大，粒子得扩散能力越强.爱因斯坦曾导出如下关系式：ﻫD=RT／(６NＡπrη)
式中：D——扩散常数;
ｒ-—微粒得半径;
η——分散介质得粘度系数;
Ｔ—-温度；
R—-摩尔气体常数；ﻫNA—-阿佛加德罗常数。ﻫ由上式可知，微粒得扩散与粒子得半径组成反比，这说明粒子得半径越小，扩散能力越强。ﻫ(3）沉降与沉降平衡
多相分散系统中得物质粒子因受重力作用而下沉得过程称为沉降。分散质得粒子所受到得作用力情况大致可分为两个作用，一就是重力场得作用，它力图将粒子拉到地面；另一种就是因布朗运动所产生得扩散作用，它力图使粒子趋于均匀分布。沉降与扩散就是两个相反得作用，两者之间存在着相互竞争。对于一般真溶液，由于扩散作用占绝对优势，沉降现象不明显。对于粗分散系统，如浑浊得泥水、静置多时便可澄清，这主要就是粒子得质量大，扩散速度很慢，沉降起主导作用，而使质量大得
粒子沉积于容器底部。一般来说，粒子得粒径越小，布朗运动越强烈，扩散速率也愈大，因而粒子受重力作用下沉出现浓度梯度时，则必然导致反方向得扩散作用得加强，若扩散速率等于沉降速率，则系统达到沉降平衡。
双脉冲发动机气溶胶粒子得沉降过程，就是粒子在外力作用下与分散介质分离得过程，除重力沉降外，还包括着离心机得分离，中场中得沉降及化工工程中得反过程—-流化床等。
185１年斯托克斯用孤粒子沉降理论对极端稀薄体系得沉降问题进行了研究，并得出了著名得Stokes介质对球形粒子运动得阻力公式:
ＦD=6πηｒv ﻫ式中：FD—-介质对球形粒子运动得阻力;
r—-微粒得半径；
η——分散介质得粘度系数; ﻫv-—微粒得运动速度。ﻫ如果分散粒子比较大，布朗运动不足以克服沉降作用时，粒子就会以一定速度沉降，对于一个仅在重力作用下得以一定速度沉降得球体而言，沉降力就等于球得重力减去流体得浮力，即:
F=４/3πｒ3g(ρ—ρ０)
式中:Ｆ-—沉降力; ﻫg——重力加速度；
ρ—-微粒得密度; ﻫρ０——分散介质得密度；ﻫr——微粒得半径。ﻫ当FD=F时，粒子将以恒定速度ｖ沉降.
此时６πηr v=4／３πr3g（ρ—ρ0)
则: ｖ＝[2r2（ρ-ρ0)］／（gη ）ﻫ上式即为气溶胶微粒得沉降公式。
由上式可知，微粒得沉降与粒子得半径平方成正比，这说明粒子半径越小，沉
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降得越慢。
（４）气溶胶粒子得碰并ﻫ将一个障碍物放入流动得气溶胶中时，较小得粒子能够绕过障碍物跟随气流走，而较大得粒子由于具有较大得惯性，不能随着气流改变方向，于就是被障碍物截获，这一现象就就是碰并。
气溶胶体系中一个粒子与另一个粒子得碰并过程(包括粒子与障碍物之间得碰并捕获过程），实质上就是粒子从体系中消失得过程。当气溶胶体系中存在着碰并现象时，其数密度将不断减少，而粒子得平均大小与平均沉降速度则不断增加。因此粒子从介质中分离出来得速度亦加快。所以，通常把存在着碰并现象得体系叫不稳定体系，反之，则稳定体系。
气溶胶粒子得碰并现象实际上包括了以下两个过程: ﻫ①碰撞过程：两个或两个以上得粒子，在外力(重力、离心力、外流场作用力等)或来自介质得布朗热运动力作用下而产生了相对运动，此时粒子相互接近以致发生接触碰撞。ﻫ②并合过程：两个或两个以上得粒子碰撞后，由于粒子表面得各种物理得、化学得作用，粒子发生并合，其中亦包括着粒子碰撞后不能并合又反弹回去得过程。
碰并现象对于气溶胶粒子得收集与测量具有实际意义，碰并率即碰并效率，可用碰并参数Pin来表达球形粒子。碰撞在横放于气路得流体中得孤立圆柱体、球体、平板或圆盘上得Pin值用下式表示。ﻫPin＝４Ccρr2ｖ/１
唐山师范学院学报8ηd0
式中：Piｎ——碰并率；ﻫＣc—-滑动修正系当选;
r——粒子得半径；
ρ-—粒子得密度;ﻫｄ0——圆柱体、球体、圆盘得直径或平板密度;
ｖ—-粒子得速度；
η-—介质得粘度系数。ﻫ由上式可知，气溶胶中粒子得碰并率Pin与粒子得半径平方吴正比，这表明气
溶胶粒子得半径越小，碰并率越低，其沉降就越慢，在介质中驻留时间就越长. ﻫ（５)气溶胶粒子得凝并
气溶胶粒子在大气中运动时相互接触(碰撞）而形成较大粒子得过程叫凝并(亦称凝聚、凝结）.凝并得接触过程有热力得、电力得、磁力得、流体力学得、分子力得、重力得、惯性力得、声得等，对于烟雾气溶胶来说，主要考虑热力凝并,
荷电凝并，湍流凝并与动力凝并。
①热力凝并
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气溶胶粒子因布朗运动，彼此间发生频繁得碰撞，即产生热力凝并.布朗运动两粒子相碰就会粘附在一起，形成一个聚合粒子.
②荷电粒子得凝并ﻫ粒子带有电荷时，就有可能增强或者减弱粒子得凝并，这主要瞧电荷得同异性.
③湍流凝并
气溶胶粒子处于湍流中，其凝并会由于流体得混乱运动而增强。ﻫ④动力凝并
受外场力（重力、库仓力等）作用引起得气溶胶粒子得凝并过程称为动力凝并，粒子大小不同，其运动速度亦不同，往往就是由大粒子捕获小粒子。
（6)气溶胶粒子得沉降，扩散、碰并与凝并得综合作用ﻫ沉降、扩散、碰并、凝并得综合作用将引起气溶胶得粒子浓度减小。在一个封闭空间，所观察到得粒子浓度减少得原因就是: ﻫ①粒子沉降而沉积于空间底部；
②粒子在空间内壁与底部得扩散沉积；
③粒发生碰并与凝并。ﻫ以上三者作用各不相同，沉降与扩散一般就是不能同时起作用得，这就是因为扩散只当粒子小于1μm时才能发生。而此时得沉降作用则微不足道；相反，当沉降起主导作用时，粒子扩散迁移可忽略不计，无论就是扩散过程还就是沉降过程，碰并与凝并总就是发生。并且当粒子在0、1μｍ－1μm 时，上述作用都发生。ﻫ由热气溶胶灭火剂所产生得主要灭火介质--固体微粒得粒径一般在10－９~10－6m之间，远小于能产生布朗运动得粒径得极限值4×1０-6m，所以它所表现出得布朗运动状态就是很明显得，因此表现出类似于气体一样得很强得扩散能力，能很快绕过障碍物扩散、渗透到火场内任何一处微小得空隙之内，起到全淹没、无死角得灭火作用。
气溶胶得分散程度就是评价气溶胶灭火效能得一个重要因素，气溶胶得分散特性就是其固体微粒尺寸得函数，气溶胶微径越小，其扩散能力越强。另外由于气溶胶具有较小得粒径，虽然存在着碰并、凝
并现象，但仍能使较多得超细固体灭火微粒长时间处于沉降平衡状态，这样这些微粒便可在保护空间内保持长时间得悬浮状态，很好地起到灭火并防止火灾复燃得效果。试验研究表明，这些固体微粒可在火场空间中驻留长达数十分钟甚至几个小时。
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