الترسيب (فيزياء الهباء الجوي)

في فيزياء الهباء الجوي ، يُعرف الترسيب بأنه عملية تجمع جزيئات الهباء الجوي أو ترسبها على الأسطح الصلبة، مما يقلل من تركيزها في الهواء. وينقسم الترسيب إلى عمليتين فرعيتين: الترسيب الجاف والترسيب الرطب . يكون معدل الترسيب، أو سرعة الترسيب ، أبطأ ما يكون بالنسبة للجزيئات متوسطة الحجم. وتكون آليات الترسيب أكثر فعالية إما للجزيئات الصغيرة جدًا أو الكبيرة جدًا. تترسب الجزيئات الكبيرة جدًا بسرعة من خلال الترسيب أو الاصطدام ، بينما يكون للانتشار البراوني التأثير الأكبر على الجزيئات الصغيرة. ^{[ 1 ]} ويعود ذلك إلى أن الجزيئات الصغيرة جدًا تتكتل في غضون ساعات قليلة حتى يصل قطرها إلى 0.5 ميكرومتر . عند هذا الحجم، تتوقف عن التكتل. ^{[ 2 ]} وهذا يؤثر بشكل كبير على كمية الجسيمات الدقيقة PM2.5 الموجودة في الهواء.

تُعرَّف سرعة الترسيب بالعلاقة F = v c ، حيث F هي كثافة التدفق ، و v هي سرعة الترسيب، و c هي التركيز . في الترسيب بفعل الجاذبية، تُمثل هذه السرعة سرعة الترسيب الناتجة عن مقاومة الجاذبية .

كثيراً ما تُدرس إمكانية اصطدام جسيم معين بعائق معين. ويمكن التنبؤ بذلك باستخدام عدد ستوكس Stk = S / d ، حيث S هي مسافة التوقف (التي تعتمد على حجم الجسيم وسرعته وقوى السحب)، و d هو الحجم المميز (غالباً قطر العائق). إذا كانت قيمة Stk أقل من 1، فلن يصطدم الجسيم بذلك العائق. أما إذا كانت قيمة Stk أكبر من 1، فسيصطدم به.

يخضع الترسيب الناتج عن الحركة البراونية لقانوني فيك الأول والثاني . ويُعرَّف تدفق الترسيب الناتج على النحو التالي:${\textstyle J=n{\sqrt {\frac {D}{\pi t}}}}$حيث J هو معدل الترسيب، و n هو الكثافة العددية الأولية ، و D هو ثابت الانتشار، و t هو الزمن. ويمكن إجراء التكامل لتحديد التركيز في كل لحظة زمنية.

يحدث الترسيب الجاف بسبب:

• الاصطدام . يحدث هذا عندما لا تستطيع الجسيمات الصغيرة التي تتفاعل مع عائق أكبر أن تتبع مسارات التدفق المنحنية بسبب قصورها الذاتي، فتصطدم بالقطرة. وكلما زادت كتلة الجسيمات الصغيرة المواجهة للجسيم الكبير، زاد انحرافها عن مسار التدفق.
• الترسيب بفعل الجاذبية - ترسب الجزيئات وسقوطها بفعل الجاذبية.
• الاعتراض. يحدث هذا عندما تتبع الجسيمات الصغيرة خطوط التدفق، ولكن إذا تدفقت بالقرب من عائق ما، فقد تصطدم به (مثل فرع شجرة).
• الاضطراب . تعمل الدوامات المضطربة في الهواء على نقل الجزيئات التي يمكن أن تتصادم. ومرة ​​أخرى، هناك تدفق صافٍ نحو التركيزات المنخفضة.
• عمليات أخرى، مثل: الترحيل الحراري ، والترحيل التوربيني ، والترحيل الانتشارى، والترحيل الكهربائي .

في الترسيب الرطب ، تقوم الجسيمات المائية الموجودة في الغلاف الجوي (قطرات المطر، الثلج، إلخ) بجمع جزيئات الهباء الجوي. وهذا يعني أن الترسيب الرطب هو عملية تكتل بفعل الجاذبية، أو الحركة البراونية، أو الاضطراب مع قطرات الماء . تشمل أنواع الترسيب الرطب ما يلي:

• التكسير تحت السحب. يحدث هذا عندما تصطدم قطرات المطر المتساقطة أو جزيئات الثلج بجزيئات الهباء الجوي من خلال الانتشار البراوني، والاعتراض، والاصطدام، والانتشار المضطرب.
• التكسير داخل السحب. يحدث هذا عندما تدخل جزيئات الهباء الجوي إلى قطرات السحب أو بلورات جليد السحب إما عن طريق العمل كنوى سحابية، أو عن طريق التقاطها من خلال التصادم. ويمكن أن تصل هذه الجزيئات إلى سطح الأرض عند تشكل المطر أو الثلج في السحب. في نماذج الحاسوب الخاصة بالهباء الجوي، يُعامل الهباء الجوي وقطرات السحب بشكل منفصل في الغالب، بحيث يمثل التكوين النووي عملية فقدان يجب تحديد معاييرها .

• التكثيف في ديناميكيات الهباء الجوي
• تجميع الجسيمات في أجهزة التنظيف الرطبة
• قوة فان دير فالس