Aerosol Engineering II - NMET529

• Title: Aerosolové inženýrství II
• Guaranteed by: Department of Atmospheric Physics (32-KFA)
• Faculty: Faculty of Mathematics and Physics
• Actual: from 2023
• Semester: summer
• E-Credits: 3
• Hours per week, examination: summer s.:2/0, Ex [HT]
• Capacity: unlimited
• Min. number of students: unlimited
• 4EU+: no
• Virtual mobility / capacity: no
• State of the course: taught
• Language: Czech, English
• Teaching methods: full-time
• Teaching methods: full-time
• Guarantor: Dr. Ing. Vladimír Ždímal; RNDr. Naděžda Zíková, Ph.D.

Annotation

English

Last update: doc. Mgr. Jiří Mikšovský, Ph.D. (05.04.2018)

Aerosol course for advanced students. The course is designed for doctoral students - non-specialists in the field. The course will provide students with comprehensive information about aerosols, the methods of their investigation, and also aerosol modeling processes. Special emphasis will be put on modern experimental methods used in aerosol investigations.

Czech

Last update: doc. Mgr. Jiří Mikšovský, Ph.D. (05.04.2018)

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.

Aim of the course

English

Last update: doc. Mgr. Jiří Mikšovský, Ph.D. (05.04.2018)

A student:

1. Will understand the basics of aerosol mechanics and phenomena that have to be considered in aerosol systems, and will be able to estimate the importance of individual phenomena in a given situation.

2. Will be ready to work with particle size distribution data in various metrics - number, mass -and will understand the ways to calculate basic statistics of these distributions.

3. Will get an overview of experimental methods used to determine basic parameters of aerosol systems and will be able to assess which measurement method is appropriate to use in a particular situation and why.

Czech

Last update: doc. Mgr. Jiří Mikšovský, Ph.D. (05.04.2018)

Student:

1. Bude rozumět základům mechaniky aerosolů a jevům, se kterými je třeba v aerosolových systémech počítat, a bude schopen odhadnout význam jednotlivých jevů v konkrétní situaci.

2. Bude připraven pracovat s rozděleními velikosti částic v různých metrikách - početní rozdělení, hmotnostní rozdělení - a bude též rozumět postupům výpočtu základních statistik těchto rozdělení.

3. Získá přehled o experimentálních metodách měření základních parametrů aerosolových systémů a bude umět posoudit, jakou metodu měření je vhodné použít v konkrétní situaci a proč.

Course completion requirements

English

Last update: doc. Mgr. Jiří Mikšovský, Ph.D. (05.04.2018)

Oral exam based on solved written tasks

Czech

Last update: doc. Mgr. Jiří Mikšovský, Ph.D. (05.04.2018)

Ústní zkouška na základě vyřešených úloh.

Literature

English

Last update: doc. Mgr. Jiří Mikšovský, Ph.D. (05.04.2018)

Hinds W.C.: Aerosol Technology, John Wiley&Sons, New York, 2nd edition, 1998.

Czech

Last update: doc. Mgr. Jiří Mikšovský, Ph.D. (05.04.2018)

Hinds W.C.: Aerosol Technology, John Wiley&Sons, New York, 2.vydání, 1998.

Syllabus

English

Last update: doc. Mgr. Jiří Mikšovský, Ph.D. (04.05.2020)

1. Introduction, Motivation

2. Properties of Gases

3. Uniform Particle Motion

4. Particle Size Statistics

5. Accelerated Particle Motion

6. Brownian Motion and Diffusion

7. Adhesion of Particles

8. Phoretic Effects

9. Filtration of Aerosols

10. Aerosol Sampling

11. Respiratory Deposition

12. Coagulation

13. Condensation

14. Elektrical Properties

15. Optical Properties

16. Atmospheric aerosols

17. Aerosol Generators

Czech

Last update: doc. Mgr. Jiří Mikšovský, Ph.D. (05.04.2018)

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.