Эволюция размера растворимой аэрозольной частицы во влажном воздухе

Аннотация

Закономерности гигроскопического роста/уменьшения размера водорастворимых аэрозольных частиц оказывают существенное влияние на динамику процессов коагуляции и осаждения в аэрозольных системах. К настоящему времени имеется большое количество экспериментальных и теоретических исследований, направленных на изучение гигроскопического изменения размера частиц различной химической природы. Наряду с комплексными многослойными моделями роста аэрозольных частиц широкое распространение получили модели, основанные на модификации уравнения Максвелла для конденсации и испарения капель, позволяющие учитывать температурные эффекты, влияние кривизны поверхности частицы и присутствие в ней растворимых веществ. В работе предложена математическая модель эволюции размера водорастворимых аэрозольных частиц, которая наряду с перечисленными эффектами принимает во внимание изменение размера нерастворенного ядра частицы и дает возможность моделировать все этапы гигроскопического изменения размера частиц: от превращения кристаллического ядра в каплю и до ее последующего роста, а также в обратном направлении - от испарения капли и до формирования кристалла. На основе предложенной модели изучены различные сценарии изменения состояния частицы в зависимости от ее начальной степени растворенности и относительной влажности окружающей среды. Показано, что полученные путем численного решения предсказания модели качественно и количественно согласуются с экспериментальными данными об эволюции размера частиц хлорида натрия в режимах увлажнения и высушивания, а также с результатами измерений размеров частиц в равновесном состоянии при вариациях относительной влажности воздуха. Разработанная модель может применяться при решении различных фундаментальных и прикладных задач динамики водорастворимых аэрозольных систем.