氣溶膠譜分布

1、大氣氣溶膠 atmospheric aerosols,1/atmos_aerosol 06/atmos_aerosol,第一章 緒論-(2),顆粒形狀 氣溶膠的含量 尺度譜分布 譜分布特征量 譜分布函數(shù),思考題-1： 該選用哪種尺度？,顆粒形狀,思考： 顆粒的形狀對其物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)，如動(dòng)力學(xué)性質(zhì)、化學(xué)活性等有很大影響 如何表示粒子形狀？,直徑d,直徑d、高度h,？,顆粒形狀形狀因子,1. 形狀指數(shù)外形尺寸的無量綱組合表征形狀 （1）球形度：顆粒接近球體的程度 wadell球形度:與顆粒等體積的球的表面積 與 顆粒的表面

2、積之比 w 1，球形：w 1,顆粒形狀形狀因子,1. 形狀指數(shù) （1）球形度 krumbein球形度： b 寬度；l 投影最大尺寸；h 厚度 k 1，球形和立方體：k 1,顆粒形狀形狀因子,1. 形狀指數(shù) （2）均齊度：以長方體為基準(zhǔn) （3）church形狀因子,扁平度,延伸度,顆粒形狀形狀因子,1. 形狀指數(shù) 對于旋轉(zhuǎn)體 aspect ratio 或 axis ratio：,顆粒的形狀形狀因子,2. 形狀系數(shù) q表示顆粒的幾何特征，如面積、體積等，則q與粒徑d的關(guān)系可表示為： 其中，即為形狀系數(shù),顆粒的形狀形狀因子,2. 形狀系數(shù) （1）表面積形狀系數(shù) 與的差異：表示顆粒形狀對于球形的偏離

3、（2）體積形狀系數(shù),顆粒的形狀形狀因子,2. 形狀系數(shù) （3）比表面積形狀系數(shù) （4）卡門系數(shù) 即比表面積等效直徑與體積等效直徑之比 （5）動(dòng)力學(xué)形狀系數(shù),顆粒的形狀形狀因子,2. 形狀系數(shù),顆粒的形狀數(shù)學(xué)分析,1、fourier級數(shù)展開法 2、分形理論,氣溶膠的含量,氣溶膠含量,對大氣氣溶膠粒子不可能采用枚舉法進(jìn)行研究 數(shù)濃度（數(shù)密度） 單位體積中氣溶膠粒子的個(gè)數(shù) 質(zhì)量濃度 即氣溶膠密度，少用，避免與顆粒密度混淆 表面積濃度 體積濃度,seinfeld, j. h., and s. n. pandis, 2006: atmospheric chemistry and physics: fro

4、m air pollution to climate change. 2nd ed. j. wiley, xxviii, 1203 pp.,氣溶膠含量,約95的硬盤在空氣中暴露10分鐘以上會報(bào)廢 約40的硬盤在千級操作臺暴露15分鐘以上會報(bào)廢 將操作臺放在千級超凈間并形成局部百級環(huán)境，暴露時(shí)間在30分鐘以內(nèi)而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失比例可控制在1以內(nèi),氣溶膠含量,hinds, w. c., 1999: aerosol technology: properties, behavior, and measurement of airborne particles. 2d ed. wiley, xx, 483

5、 pp.,氣溶膠含量,質(zhì)量濃度,習(xí)題,對于無過濾嘴香煙，吸煙者吸入的氣溶膠體積為350 ml，其中煙粒質(zhì)量共計(jì)20 mg，設(shè)煙粒直徑均為0.4 m，煙粒密度為1 gcm3。 求： 1）吸入煙粒的個(gè)數(shù)； 2）吸入煙粒的總表面積； 3）吸入煙氣的質(zhì)量濃度； 4）將3的結(jié)果與環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比。 （參考答案：6.01011；3000 cm2 ；57 gcm3 ；與50 g cm3相比為1.1106倍）,尺度譜分布,（尺度）譜分布,設(shè)r為大氣氣溶膠質(zhì)粒的半徑（或直徑d），n(r)為氣溶膠質(zhì)粒的半徑分布函數(shù)（個(gè)/cm3m），其值隨半徑不同而異，則n(r)r為半徑介于r與r+r間的氣溶膠質(zhì)粒數(shù)密度（

6、個(gè)/cm3）。 如果將縱坐標(biāo)用n(r)表示，橫坐標(biāo)以r表示，則當(dāng)已測得不同半徑范圍的氣溶膠質(zhì)粒數(shù)密度n(r)r后，可將它除以半徑區(qū)間r，而得不同半徑處的n(r)值。然后可將各r，n(r)值點(diǎn)在圖上，形成一條曲線，以表示氣溶膠質(zhì)粒的尺度譜，該曲線便是所說的大氣氣溶膠的數(shù)密度譜分布曲線。 相應(yīng)有表面積、體積和質(zhì)量的譜分布,（尺度）譜分布,設(shè)r1：1-3 m ，n1=100個(gè)/cm3 ；r1=2 m r2：3-7 m ，n2=160個(gè)/cm3；r2=5 m 則頻率分布函數(shù)： n(r1)=50個(gè)/cm3m n(r2)=40個(gè)/cm3m,（尺度）譜分布,例題：該樣本中10 m的粒子數(shù)是多少？,大氣氣溶膠

7、尺度和濃度范圍達(dá)幾個(gè)至十幾個(gè)數(shù)量級 尺度小的粒子數(shù)特別大 常采用對數(shù)坐標(biāo) lnr lnr + dlnr范圍內(nèi)的粒子數(shù)為n(lnr)dlnr 同一范圍內(nèi)粒子數(shù)一定： n(lnr)dlnr n(r)dr n(lnr)rn(r) 推廣至任意兩種尺度坐標(biāo)下的分布函數(shù)： n(u)du n(v)dv,（尺度）譜分布,（尺度）譜分布,（尺度）譜分布,譜分布特征量,譜分布特征量,譜寬 最大粒子與最小粒子的半徑（或直徑）差。限于觀測儀器對小滴的分辨率，最小粒子不易測得，故常取最大尺度作為譜寬。 譜型 譜分布曲線的的形態(tài)：如單調(diào)上升、單調(diào)下降，單峰、多峰等,使用粒子分布的一、二個(gè)特性來簡單概括粒子譜分布特性往往是

8、方便的 兩個(gè)最常用的特性：平均和方差 平均特性即可以是粒子半徑的平均，也可以是表面積或體積等的平均，分別得到平均半徑、平均表面積和平均體積等特征量,譜分布特征量,假設(shè)有m組粒子組成的離散分布，其中半徑為ri，數(shù)密度為ni，i=1，2，.，m。則粒子總數(shù)密度： 粒子群算術(shù)平均半徑：,譜分布特征量,離散型的粒子群平均半徑可表示為連續(xù)分布平均半徑 平均表面積和平均體積：,譜分布特征量,其它一些常用的平均值： a) 眾數(shù)半徑 表示數(shù)分布的局地最大值 b） 中值半徑 表示小于它的粒子數(shù)與大于它的粒子數(shù)相等 c） 體積平均半徑,譜分布特征量,譜分布特征量,云滴有效半徑,譜分布特征量,譜分布特征量,reis

9、t, p. c., 1993: aerosol science and technology. 2nd ed. mcgraw-hill, xvi, 379 pp.,譜分布特征量,譜分布特征量,方差2是一種在平均半徑 周圍對譜分布展布的量度 2=0：分布中的每個(gè)粒子都有相同半徑，即單分散系 2增加：譜分布在橫坐標(biāo)方向擴(kuò)展，即多分散系 離散度,譜分布特征量,偏度（skewness） 偏向小于或大于平均半徑的程度,譜分布特征量,峰度（kurtosis） 譜峰向上突出的程度,譜分布特征量,譜分布函數(shù),較常使用的譜分布形式主要有：junge冪函數(shù)分布、deirmedjian修正函數(shù)分布、對數(shù)正態(tài)分布等。

10、 junge冪函數(shù)分布： 在大氣中的質(zhì)粒，從十分之幾微米到幾十微米尺度之間的等間隔對數(shù)半徑區(qū)間內(nèi)，質(zhì)粒的總累積體積為一常數(shù),譜分布函數(shù),urban polluted,continental,marine,譜分布函數(shù),譜分布函數(shù),?,修正函數(shù)分布 實(shí)測資料平均：當(dāng)尺度取線性坐標(biāo)時(shí)，譜形大多具有峰值，且在半徑小的一邊下降較快，在大尺度端下降較緩慢，具有一條長尾巴 總數(shù)密度：,譜分布函數(shù),尺度分布函數(shù)要求（whitby, 1974） 應(yīng)對大氣氣溶膠整個(gè)尺度范圍內(nèi)的分布均能擬合 對于數(shù)、表面積、體積或質(zhì)量分布的擬合應(yīng)具有較好的一致性，即要求分布函數(shù)形式與權(quán)重因子無關(guān) 擬合函數(shù)應(yīng)具有一定的物理基礎(chǔ),譜分布函數(shù),對數(shù)正態(tài)分布函數(shù),譜分布函數(shù),按高斯分布，容易給出對數(shù)正態(tài)分布函數(shù)n(r)為 描述對數(shù)正態(tài)分布的兩個(gè)參量 和 分別為幾何平均半徑和幾何標(biāo)準(zhǔn)差,譜分布函數(shù),譜分布函數(shù),習(xí)題,已知?dú)馊苣z樣品測量數(shù)據(jù)如下（采樣體積1cm3）： 1、求：譜寬、數(shù)濃度、平均半徑、平均表面積、