«««««««««««««««««««««.к*** 4. Влажный воздух *************************

4.4.2. Характеристики тумана

К числу основных характеристик тумана относят:

- дисперсность;

- численную концентрацию;

- массовую концентрацию.

Дисперсность тумана определяется размером капель, из которых он состоит. Если радиус капель одинаковый, то такой туман называют монодисперсным.

При разном диаметре капель туман является полидисперсным.

Размер капель тумана изменяется в широких пределах - от

-10 -9 -5 -4

510 -10 м до 10 -10 м [13]. Для природного тумана, согласно [18], дисперсность, или средний радиус капель, находится в пределах 7-15 мкм.

Численную концентрацию тумана, т. е. число капель воды в единице объёма влажного воздуха, обычно обозначают N. Единица -метр в минус третьей степени при нормальных условиях.

В атмосферном воздухе слабый туман наблюдается при

= 0,5 • 10..1 10 густой туман-при = 0,5-10.. 6-loV~ Как в природе, так и в лабораторной практике, численная концентрация тумана изменяется во времени. В период образования зародышей она повышается вследствие образования новых капель и одновременно уменьшается в результате коагуляции. После прекращения процесса образования новых капель численная концентрация начинает непрерывно уменьшаться вследствие коагуляции, осаждения и испарения капель.

Каждой скорости образования зародышей / соответствует строго определённая предельная численная концентрация [13]

Лпред

где Kq - константа коагуляции, Kq~10

Время т, в течение которого Лпред достигает постоянного значения, выражается уравнением

пред

Массовая концентрация тумана, т. е. масса капель в единице объёма влажного воздуха, обозначается величиной G. Единица -килограмм на метр в минус третьей степени.

Массовая концентрация тумана [13]

G = -(S-l). RnT

В большинстве случаев массовая концентрация тумана невелика, поэтому теплота конденсации, выделяющаяся при образовании частиц тумана, мала и её можно не учитывать.

-3.. / 3

Для природного тумана G = (0,05... 1) • 10 кг/м , для облаков G = (0,2...5)•10""V/м

Между дисперсностью, численной и массовой концентрациями существует зависимость, определяемая формулой [13]:

47грЛ

где г - средний радиус капель.

Скорость осаждения капель тумана зависит от многих факторов - скорости движения воздуха и коагуляции капель, их размера и др.

О стоксовой скорости осаждения капель можно судить по следующим данным:

Радиус Скорость

капель, м осаждения, м/с

1(Г...................................................... 1,2

10-......................................................0,012

10"*...................................................... 0,00012

Приведённые цифры показывают, что скорость осаждения капель малого диаметра (d < 2-10"*) ничтожна мала и время осаждения с уменьшением диаметра значительно увеличивается.

Нельзя представлять туман как что-то определённое, установившееся, неизменное. Рассматривая свойства тумана в каждом конкретном случае, необходимо иметь в виду условия его образования, размер и количество капель, особенности воздушной среды ИТ. д.

Важно отметить, что при гетерогенной конденсации диаметр капель может колебаться в пределах 10" - 10" м, а при гомогенной конденсации первичный диаметр капель составляет порядка 10" м.

Если воспользоваться уравнением Лапласа для определения давления внутри взвешенной в воздухе капли радиусом Гк, то можно, с учётом уравнения (3.21), построить зависимость температуры замерзания капли от её радиуса г. Эта зависимость (см. табл. 3.14) представлена на рис. 4.2.

Гк,мкм 0,001 0,01 0,1 1 10

Гетерогенная конденсация

Рис. 4.2. Зависимость температуры замерзания капли от её радиуса Гк

Из рисунка видно, что при гетерогенной конденсации (гк = = 0,5-10"... 0,5Т0~ м) температура замерзания лежит в пределах Гпл ==-2,36 ... - 0,1 °С, а при гомогенной конденсации (гк = 0,5-10"... ... 0,5-10") - в диапазоне ?пл = -22,0 ... -2,36°С. При радиусе капель Гк > 0,5-10" м температура их замерзания практически = 0°С.