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3.1 动力学基础（分子动力理论）
平均速度、平均自由程、气体粘性、热传导和扩散
3.2 单个气溶胶粒子动力学Stokes阻力、粘性运动方程、重力场下的粘性运动、布朗扩散、泳移效应3.3 气溶胶粒子群动力学布朗运动聚合、层流和湍流中的聚合、重力沉降聚合、外力场对聚合过程的作用、一般动力学方程&&3 大气气溶胶动力学
气溶胶粒子尺度特征
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2
小尺度粒子
看成是由大量作无规则运动的质点（分子）构成
的离散介质，粒子在大气中的运动受到空气分子
运动的影响。
主要体现了大气的微观特性，需要从分子运动论
或动力理论去处理；
大尺度粒子
可将大气看作连续介质，气溶胶粒子浸没在连续的
空气介质中，一般有较大的沉降速度；
主要体现介质的宏观特性，属于空气动力学范畴；x
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3
分子速度与平均自由程
气体粘性、热传导和扩散3.1动力学基础（分子动力理论）
平衡态——
非平衡态——
1) 分子尺度小于分子间距离，两次碰撞之间处于连续运动状态；
2) 分子为球体，分子间的碰撞为弹性碰撞（没有能量损失，仅引起分子的重新排列）；
3) 平衡态时，分子按位置、速度的分布是均匀的；从分子运动论的观点来考察大气气溶胶特性时，有以下假设：一、分子速度
22222222
31
vvvvvvvv
zyxzyx
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4
牛顿第二定律：分子作用在该侧面上的作用力F
等于单位时间内的动量变化率.
2
bPF
iibbb
c
x
Δ动量=？
N
iiPP
0F =Δmv
假设箱中有N个分子，
每个分子的质量为m，
沿x方向的分速度为c
x:
碰撞一次的动量变化为：
mc
x-（-mc
x）=2mc
xbbb
c
x
Δmv = 碰撞次数╳ Δ动量/次
单位时间内碰撞了多少次？nuist邱
5
单位时间内对其一个面的碰撞次数为:2b/c
x
C
x/2b×2mC
x＝mC
x2/bc
x/2b单位时间内碰撞了多少次？
（碰撞频率=1/碰撞1次需要的时间)
bbb
c
x
单位时间内对一个面的碰撞动量改变为：
一、单选题(选择题)
1. 装满冷水的玻璃杯静置于桌面上，若将一滴墨水轻轻滴到水中，过一会墨水逐渐散开，直到整杯水都变黑。下列说法正确的是（ ）
A．这一现象是由于水分子的布朗运动产生
B．这一现象主要是由于墨水受到重力产生
C．这一现象主要是由于水的对流形成的
D．将杯中的冷水换成热水，这一过程会进行的更迅速
2. 目前，新型冠状病毒主要的传播途径还是以大的呼吸道飞沫的形式出现……而不是小的气溶胶悬浮颗粒。飞沫的重量足够大，它们不会飞很远，而是在飞行几英尺后从空中落下；用显微镜可观察到气溶胶微粒的无规则运动。一般的工作生活条件下，只要我们正确佩戴好口罩，做好防护措施，就不会被感染，下列有关飞沫和气溶胶在空气中运动的说法，正确的是（ ）
A．气溶胶悬浮在空气中的运动是分子运动
B．飞沫在空气中的运动是布朗运动
C．温度越高，飞沫在空气中的运动越剧烈
D．气溶胶颗粒越小，在空气中的无规则运动越剧烈
3. 陆游在诗作《村居山喜》中写到“花气袭人知骤暖，鹊声穿树喜新晴”。从物理视角分析诗词中“花气袭人”的主要原因是（ ）
A．气体分子之间存在着空隙 B．气体分子永不停息地做无规则运动
C．气体分子之间存在着斥力 D．气体分子之间存在着引力
4. 关于布朗运动，下列说法正确的是（ ）
A．悬浮在液体中的颗粒越小，布朗运动越明显
B．布朗运动是固体小颗粒中固体分子的运动
C．阳光照进室内看到的尘埃不停地运动是布朗运动 D．因为布朗运动的激烈程度跟温度有关，所以布朗运动也可以叫做热运动
5. 1827年，英国植物学家布朗首先在显微镜下研究了悬浮在液体中的小颗粒的运动。某同学做了一个类似的实验，用显微镜观察炭粒的运动得到某个观测记录，如图所示。下列关于布朗运动的说法，正确的是（ ）
A．布朗运动是液体分子的无规则运动
B．布朗运动是液体分子对悬浮微粒撞击作用的不平衡引起的微粒无规则运动
C．布朗运动是由于液体各部分的温度不同而引起的
典型气溶胶的生成和迁移机制研究
气溶胶是指悬浮在大气中的固态或液态微粒子。它们来自于自然和人类活动，如风沙、火山喷发、海洋生物活动、机动车、工厂等。气溶胶存在于大气中的时间和空间尺度都十分复杂，对气候变化和人类健康等方面产生了影响。因此，对气溶胶的生成和迁移机制的研究显得尤为重要。
一、气溶胶的生成机制
在自然界中，气溶胶最主要的来源是自然源，其中颗粒物是最为常见的一种形式。颗粒物产生的过程中，最常见的就是物理作用、化学反应和核反应三种机制。
1.1 物理作用生成气溶胶
物理颗粒物可以通过风沙、大气动力学等机理而产生。气溶胶的生成可以来源于自然形成的固体和液体，如沙尘、海雾等自然环境下的气溶胶。在城市地区中，则是由于道路尘、汽车尾气等活动所导致的空气中的微尘。
1.2 化学反应生成气溶胶
许多气溶胶来自于化学反应过程。其中最常见的是大气中的硫化反应和氮氧化物氧化反应。硫酸和硝酸是两种十分影响污染的元素，它们通过气态反应生成颗粒物，从而产生气溶胶。例如硝酸气溶胶是重要的城市中的污染物之一，它氧化了车辆排放出的氮氧化物而生成的。
1.3 核反应生成气溶胶
此外，核反应也可以创建气溶胶。当自然放射性物质在宇宙射线或核反应下发生核裂变和核聚变时，释放出的微小颗粒就形成为放射性气溶胶，例如氡、放射性重气、炭、钠和氨等非放射性物质的核反应等。
二、气溶胶的迁移机制 气溶胶的迁移与大小和形态有关，如大小，极端大的气溶胶，如新生儿沙尘暴气溶胶会随着风沙而远距离迁移。气溶胶的形态则会影响它的迁移方式，例如球形气溶胶是与空气摩擦力相等时速度最快的，不同于弯曲气溶胶则受到摩擦力加速放缓。此外，气溶胶也可以与空气中的气体分子相互作用，例如与水气混合形成尘埃悬挂在空气中等等。
气溶胶的传输也受到健康影响，其代表案例就是城市中的PM2.5。近年来，PM2.5 作为一种空气污染物备受关注。PM2.5 的直径小于等于 2.5 微米，可被吸入肺部，对于人们的身体健康造成了潜在危害。因此，PM2.5 在城市区域的分布非常重要。根据研究表明，PM2.5 的来源较广，其中主要来源于汽车排放和工业排放的颗粒物的浓度。此外，火力发电厂里的排放，也是PM2.5的主要来源之一，其浓度在冬季尤为明显。
气溶胶物理化学过程与气溶胶污染控制
气溶胶，顾名思义即为气态中的“固体”或“液体”颗粒，它们通常存在于自然大气和工业废气中。气溶胶的大小、形状和成分各异，有些是自然形成的，如悬浮在空气中的尘埃、花粉和海盐颗粒，而有些则是工业、农业和交通等产生的，如工厂烟囱中排出的颗粒物、车辆运行时产生的尾气等。
气溶胶的特性使其成为大气环境中的一个重要的污染源，对人类健康和环境产生负面影响。因此，深入了解气溶胶物理化学过程和采取有效的气溶胶污染控制措施非常重要。
气溶胶的物理化学过程
气溶胶的物理化学过程包括凝聚、溶解、氧化、还原、沉积、扩散和迁移等多个方面。其中，凝聚是气溶胶最基本的物理化学过程之一，它指的是在气态中的颗粒分子之间发生相互作用而聚合成更大的颗粒团的过程。凝聚分为两种类型：无机气溶胶的气溶胶凝聚和有机气溶胶的凝聚。气溶胶凝聚主要取决于气溶胶的大小、化学成分、温度和相对湿度等因素。
溶解是气溶胶在大气中一种重要的化学过程，它是由大气中的水分、酸分子、碱分子等产生的化学反应导致的。氧化和还原反应是氧、水和氧化剂的存在下，导致气溶胶的颜色、形状和大小发生变化。可见，气溶胶的物理化学性质非常复杂，受多种因素的影响，其大小、形状和成分的变化决定了它们在大气中的行为。
气溶胶的污染控制
要控制气溶胶的排放和扩散，有很多方法和技术。以下是一些常用的方法：
1. 气溶胶清洁技术
气溶胶清洁技术包括机械收集、电子束和过滤器等方法，它们通过物理方式将颗粒从气体中去除。机械收集主要是以重力沉降、惯性分离、过滤和电影除尘为主；电子束主要是利用高电压裂解化学反应生成电子来去除气体中的颗粒；过滤器是利用多孔材料将颗粒截留在过滤器中。这些清洁技术在一定程度上能够减少气溶胶排放和烟气污染。
2. 好的燃烧控制方法
对于有着明显的高温气体的物质，采用好的燃烧控制方法是去除气溶胶的一个有效方式。例如，采用氧气富氧燃烧方法，使得燃料在氧气富含的环境下进行燃烧，得到的燃烧产物只含有H2O和CO2等被认为是比较无害的气体。此外，采用低氮燃烧技术也是一种有效的控制烟气污染和氮氧化物排放的方法。
