Aerosolové inženýrství II

Sylabus

1. Úvod, motivace. Co to je aerosol? Proč se studiem aerosolů zabýváme? Kvíz z historie aerosolové vědy. Vznik, transformace a zánik aerosolových částic. Aerosolová ZOO. Velikosti a tvar aerosolových částic. Koncentrace aerosolů a používané jednotky.

2. Vlastnosti plynů. Tlak a teplota plynu, rozdělení molekulárních rychlostí, střední volná dráha v plynu, viskozita, difuzivita a tepelná vodivost. Reynoldsovo číslo. Metody měření rychlosti plynů, objemového průtoku, proteklého množství, tlakové ztráty a souvisejících veličin.

3. Rovnoměrný pohyb aerosolových částic. Newtonův a Stokesův zákon odporu prostředí a rozsah jejich použití. Závislost součinitele odporu na Re. Rychlost usazování. Korekce Stokesova zákona v kinetické oblasti, Cunninghamův korekční faktor na skluz. Nekulové částice. Aerodynamický průměr. Metody měření sedimentačních rychlostí.

4. Rozdělení velikostí částic a jejich různá zobrazení. Hustota pravděpodobnosti a distribuční funkce. Charakteristiky polohy. Momentové průměry. Rozdělení velikosti částic vážená počtem, povrchem, hmotou. Normální a lognormální rozdělení. Porovnání charakteristik polohy.

5. Pohyb částic se zrychlením. Mechanická pohyblivost. Relaxační čas. Zrychlený pohyb v 1-d a 2-d. Brzdná dráha částic. Pohyb po zakřivené dráze. Stokesovo číslo. Experimentální metody: inerciální impaktor, virtuální impaktor, přístroje měřící rychlost průletu.

6. Brownův pohyb a difúze. Difúzní koeficient. Stokes-Einsteinův vztah. Střední volná dráha částice. Rozdělení částic při Brownově pohybu. Depozice částic difúzí. Depozice při toku trubkou. Experimentální metody založené na difúzi: difúzní baterie, denudéry, strippery.

7. Přilnavost částic. Typy přilnavých sil. London-van der Waalsovy síly. Elektrostatická síla. Síla povrchového napětí. Experimentální metody měření přilnavých sil a jejich porovnání. Resuspenze částic. Odraz částic od povrchu.

8. Foretické jevy. Termoforéza, difuzoforéza a fotoforéza. Termoforetická rychlost v kinetické oblasti a v oblasti kontinua. Porovnání významu termoforézy s jinými procesy transportu částic. Experimentální metody: termoforetický usazovák.

9. Filtrace aerosolových částic. Typy filtrů: vláknité, s porézní membránou, s kapilárními póry. Charakterizace filtrů. Filtrační účinnost vlákna. Mechanizmy depozice: intercepce, impakce, difúze, usazování, elektrostatika. Celková účinnost filtru a její závislost na velikosti částic. Tlaková ztráta na filtru. Experimentální metody stanovení účinnosti aerosolových filtrů.

10. Odběr vzorků. Izokinetický odběr. Odběr z nepohyblivého vzduchu. Ztráty aerosolových částic a jak je korigovat. Měření hmotnostní koncentrace částic. Experimentální metody: přístroje s rychlou odezvou. Měření početní koncentrace částic. Typy a charakteristiky pump.

11. Depozice aerosolů v dýchacím ustrojí. Aerosoly a zdraví. Parametry dýchacího ústrojí člověka. Mechanismy depozice aerosolových částic v dýchacím ústrojí. Celková a regionální depozice. Matematické modely depozice. Inhalabilní, torakální a respirabilní frakce, PM10, PM2.5. Experimentální metody měření osobní expozice.

12. Koagulace. Monodisperzní koagulace, Smoluchovského model. Koagulační koeficient. Závislost na počáteční koncentraci. Polydisperzní koagulace. Změny rozdělení velikosti částic s časem. Kinematická koagulace.

13. Kondenzace. Tlak nasycených par. Kelvinův jev. Přesycení a jak ho dosáhnout. Homogenní nukleace. Experimentální metody měření kinetiky nukleace. Kondenzační růst. Heterogenní kondenzace. Experimentální metody: kondenzační čítače částic. Vypařování a doba života kapek.

14. Elektrické vlastnosti aerosolů. Coulombův zákon. Elektrické pole. Millikanův experiment. Elektrická pohyblivost. Mechanismy nabíjení aerosolových částic. Limitní náboj, rovnovážné rozdělení náboje. Experimentální metody: diferenciální třídič pohyblivosti částic.

15. Optické vlastnosti aerosolů. Extinkce, absorpce a rozptyl světla. Miova teorie. Dohlednost v atmosféře. Zjevný a minimální kontrast. Experimentální metody: Fotometr, integrující nefelometr, optický čítač částic, optický spektrometr.

16. Atmosférické aerosoly. Zdroje a globální emise. Přírodní pozadí. Stratosférický aerosol. Troposférický aerosol. Městský aerosol. Typické koncentrace a módy atmosférického aerosolu. Typické složení aerosolu. Globální efekty.

17. Generátory aerosolů. Atomizace kapalin. Rozprašování. Atomizace částic v kapalných suspenzích. Dispergace prášků. Generátory založené na vypařování a následné kondenzaci. Praktické příklady aerosolových generátorů.

Anotace

Kurz aerosolů pro pokročilé. Kurz je určen pro doktorandy - nespecialisty v oboru. Kurz podá studentům zevrubné informace o oboru aerosolů, metodách jejich zkoumání, a také o způsobech modelování aerosolových procesů.

Zvláštní důraz bude kladen na moderní experimentální metody studia aerosolů.