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雾霾研究所需的其他学科基础知识

 时宇随想 2020-08-17

  

1、大气运动的动能

物体由于运动而具有的能量,称为物体的动能。它的大小定义为物体质量与速度平方乘积的二分之一。

因此,质量相同的物体,运动速度越大,它的动能越大;运动速度相同的物体,质量越大,具有的动能就越大。

  

2、大气状态方程

状态方程是半经验方程:将半经验模型结合理论方程,或分析已有方程偏离实际情况的原因,引入经验修正项以改进原有方程,是目前建立半经验方程所用的主要方法。其中J.D.范德瓦耳斯于1873年对理想气体状态方程作了修正后,提出的实际气体状态方程为:

式中α和b为物质的特征参数;

项是分子间的引力对p的校正项;b则是考虑分子本身的体积的校正项。利用临界点条件  

,可以由临界温度Tc和临界压力Hc算出α和b。范德瓦耳斯方程虽然准确度不高,很少用于实际计算,但它的物理意义明确,是其他三次型方程的基础。

  

3、动量守恒定律

一个系统不受外力或所受外力之和为零,这个系统的总动量保持不变,这个结论叫做动量守恒定律。动量守恒定律和能量守恒定律以及角动量守恒定律一起成为现代物理学中的三大基本守恒定律。

最初动量守恒定律是牛顿定律的推论, 但后来发现它们的适用范围远远广于牛顿定律,是比牛顿定律更基础的物理规律, 是时空性质的反映。其中,动量守恒定律由空间平移不变性推出,能量守恒定律由时间平移不变性推出,而角动量守恒定律则由空间的旋转对称性推出。

  

4、相交气流规律

研究气流相交运动规律十分复杂,多以定性研究为主,工程上则以实验为主要手段。

根据相关资料我们对两股气流相交规律可以简单的总结为:当一股支气流与主气流交汇时,其穿透深度与交汇点两股气流的动能相关。当支气流的动能很小时,支气流不能进入主气流内部;当支气流的动能较大时,支气流可以穿入主气流内、但汇流融入深度与动能大小有关;当支气流的动能足够大时,支气流可以穿透主气流而出、但支气流损失量与动能大小有关。这与子弹穿透钢板的规律基本相同。

  

5、热空气浮力

浮力指物体在流体(包括液体和气体)中,各表面受流体(液体和气体)压力的差(合力)。浮力的定义式为F=G(即物体浮力等于物体下沉时排开液体的重力),计算可用它推导出公式F=ρ液gV排(ρ液:液体密度,单位千克/立方米;g:重力与质量的比值g=9.8N/kg在粗略计算时,g可以取10N/kg,单位牛顿;V排:排开液体的体积,单位立方米)。液体的浮力也适用于气体。

浮力的方向:与重力方向相反,竖直向上。

浮力产生的原因:浸在液体或气体里的物体受到液体或气体对物体向上的和向下的压力差。

热空气浮力典型实例为热气球:气球和飞艇里充的是密度小于空气的气体,热气球里充的是被燃烧器加热、体积膨胀、密度变小了的热空气.F=ρ空气gV,G=ρ气gV+G壳,当F浮≥G球时,气球或飞艇可升上天空。若要使充氦气或氢气的气球或飞艇降回地面,可以放出球内的一部分气体,使气球积缩小,浮力减小,使浮力小于G.对于热气球,只要停止加热,热空气冷却,气球体积就会缩小,减小浮力,使浮力小于G球而降回地面。(同理,热空气的向上,冷空气的向下,形成了对流风)。

  

6、湿空气特性

干空气是由氮,氧,氩,二氧化碳,氖,氦和其他一些微量气体所组成的混合气体。但由于空气的组合成分通常是一定的,可以当作一种“单一气体”。湿空气是干空气和水蒸气的混合物,即空气中的气体成分。气象学专用名词。是空气中水蒸气的含量很少,它随着气候以及产生水蒸气的来源情况变化而变化。此外,在接近地面上空的湿空气中,还含有尘埃,烟雾,微生物以及废弃等固态和气态污染物,对空气品质也会产生直接的影响。湿空气的物理性质不仅取决于它的组成成分,而且与它所处的状态有关。湿空气的状态通常用压力,温度,相对湿度,含湿量以及焓等参数表示。这些参数成为湿空气的状态参数。常用的状态参数有:

1)大气压力

地球表面单位面积上的空气压力称为大气压力。大气压力通常用PB表示,单位为帕或千帕。大气压力不是一个定植,它随着各地区海拔高度不同而存在差异,还随着季节,其后的变化稍有变化。

2)水蒸气分压力

是空气中,水蒸气本身的压力称为水蒸气压力。在热力学中,常温常压下的干空气可认为是理想气体。而是空气中水蒸气由于处于过热状态,而且数量很少,分压力很低,比在热力学中,可近似当作理想气体。根据道尔顿分压力定,理想混合气体中压力等于各组成气体分压力之总和。

3)空气温度

是表示空气冷热程度的物理值。温度的高低用温标来衡量。

4)密度

单位容积的空气所具有的质量称为空气的密度,湿空气的密度等于干空气的密度pg与水蒸气的密度pg之和。湿空气密度=单位体积内水汽质量+干空气质量非两种密度之和,密度不能和道尔顿分压定律等同。

空气密度除了与空气参数相关外,还与尘埃,烟雾,微生物以及废弃等固态和气态污染物的含量相关,这主要是这些尘埃和水分结合后形成带电离子,影响分子间引力的缘故。

  

7PM10颗粒

可总悬浮颗粒物是指漂浮在空气中的固态和液态颗粒物的总称,其粒径范围约为0.1-100 微米。有些颗粒物因粒径大或颜色黑可以为肉眼所见,比如烟尘。有些则小到使用电子显微镜才可观察到。通常把粒径在10微米以下的颗粒物称为可吸入颗粒物,又称为PM10。以前我国判断大气固体污染物主要采用该指标,最近几年以PM2.5为主要指标,但该指标仍然使用。

  

8PM2.5颗粒

细颗粒物又称细粒、细颗粒、PM2.5。细颗粒物指环境空气中空气动力学当量直径小于等于 2.5 微米的颗粒物。它能较长时间悬浮于空气中,其在空气中含量浓度越高,就代表空气污染越严重。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分,但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比,PM2.5粒径小,面积大,活性强,易附带有毒、有害物质(例如,重金属、微生物等),且在大气中的停留时间长、输送距离远,因而对人体健康和大气环境影响更大。

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