2) Диспергирование

Процессы образования диспергационных аэрозолей дают аэрозоли с более крупными частицами, чем конденсация, по причине больших затрат энергии на создание новой поверхности. Жидкости распыляют пневматическим, механическим, ультразвуковым и электродинамическим распылением Наибольшую дисперсность аэрозоля (r<1 мкм) обеспечивает электродинамическое распыление. Диспергирование порошков осуществляется пневмораспылением. Порошок часто предварительно дезагрегируют с помощью вибрации или звуковых колебаний. Частицы распыленного в воздухе порошка заряжены, и в некоторых случаях заряды также способствуют образованию агрегатов.

Часто аэрозоль образуется при одновременном протекании и диспергации и конденсации. В одних случаях часть частиц образуется путем диспергирования, часть – путем конденсации. В других случаях каждая частица является результатом идущих навстречу друг другу процессов диспергирования и конденсации. Аэрозоли, образующиеся в таких условиях, состоят как бы из двух фракций – более тонкой (конденсационной) и более грубой (диспергационной). Примером комбинации диспергирования и конденсации является образование аэрозоля при помощи взрыва. Под действием ударной волны одна часть твердого или жидкого вещества рассеивается, другая – испаряется. В результате смешивания с холодным воздухом пар пересыщает пространство, конденсация пересыщенного пара происходит на частицах, полученных диспергированием. При использовании жидкостей, дымящих на воздухе вследствие реакции их паров с атмосферной влагой, необходимое увеличение скорости испарения достигается увеличением поверхности испарения распылением этих жидкостей.

В) Испарение частиц аэрозолей

Кроме условий образования капли, важны скорости ее роста и испарения. Маленькие капли будут испаряться, даже если они находятся в насыщенном паром газе. Время жизни капли в среде, близкой к насыщению, можно рассчитать по уравнению:

,

где D – коэффициент диффузии и М – молекулярная масса пара соответственно.

Так, расчетное время жизни одиночной водяной капли диаметром 0,1 мкм в насыщенном воздухе при 20⁰С равно 410^-4 с. Если воздушная среда насыщена парами жидкости, а капель много, капли будут существовать более продолжительное время.

Давление пара, при котором происходит конденсация, экспоненциально возрастает с уменьшением радиуса частицы. Это означает, что, в частности, над частицей вдвое меньшего радиуса при той же температуре равновесное давление пара будет в 7,4 раза выше, чем над каплей большего радиуса. Пар будет насыщен относительно мелких частиц и пресыщен по отношению к крупным; пересыщение приведет к конденсации и снижению давления пара. В результате произойдет испарение мелких частиц и конденсация пара на крупных частицах. Мелкие частицы становятся все меньше и, в конечном счете, исчезают, крупные частицы еще более укрупняются. Подобный процесс называют изотермической перегонкой.

Г) Движение частиц аэрозоля

1) Седиментация

В спокойной атмосфере возможно беспрепятственное оседание частиц под действием силы тяжести. При этом начинается обтекание частиц средой, которое сопровождается гидродинамическим сопротивлением. Частица оседает со скоростью V, определяемой из условия равенства силы тяжести и силы гидродинамического сопротивления, определяемой законом Стокса:

,

где  - вязкость среды.

Продолжительность нахождения в воздухе частиц грубодисперсных аэрозолей исчисляется минутами и даже секундами. Частицы среднедисперсных аэрозолей способны пребывать во взвешенном состоянии длительно.

Для случая, когда диаметр частицы очень мал и близок к длине свободного пробега молекул воздуха, сила сопротивления движению частицы меньше, чем предсказываемая законом Стокса.

Воздух перемещается из области с более высоким атмосферным давлением в область, где давление меньше. При этом частицы аэрозоля испытывают дополнительное воздействие, называемое аэродинамической силой, которая возникает, когда газ обтекает какое-либо препятствие. Аэродинамическая сила включает горизонтальную и вертикальную составляющие. Горизонтальная составляющая заставляет частицы двигаться в направлении потока воздуха, ей противодействует сила трения. Вертикальная составляющая создает подъемную силу, препятствующую оседанию частиц. Аэродинамическая сила увеличивается с увеличением размера частиц. Аэрозольные частицы, двигающиеся с воздушным потоком, приобретают способность двигаться по инерции. Инерционные силы заставляют частицы отклоняться от направления воздушного потока, когда он сам изменяет свое направление. При движении частиц появляются горизонтальная и вертикальная инерционные составляющие. Движение воздуха часто сопровождается турбулентностью, т.е. образованием беспорядочно движущихся вихрей. Эти вихри оказывают дополнительное воздействие на частицы, в том числе и в вертикальном направлении. Таким образом, основные силы, препятствующие оседанию частиц, вызваны трением, вертикальной компонентой инерционного и аэродинамического воздействия и турбулентностью.

Оседанию аэрозольных частиц препятствуют и другие факторы. Воздух, нагретый за счет тепла, излучаемого поверхностью земли, будет менее плотным. Он вытесняется более холодным и более плотным воздухом из верхних слоев. В результате возникает конвекционное движение воздушных масс, которое способно не только предотвращать оседание частиц, но может обеспечить даже их подъем на некоторую высоту.