当前课程知识点：大气污染控制工程 > 第五章 颗粒污染物控制技术基础 > 5-1 粒径与粒径分布 > Video
同学们好！今天我们来共同学习第五章
颗粒污染物控制技术基础
大气颗粒物对空气质量、人体健康、能见度、酸沉降
云和降水、气候变化等均产生重要的影响
可以说，大气颗粒物正在深刻地改变着我们的地球环境
是当前国际大气环境领域的研究热点和前沿
颗粒物的基本性质与其来源、形成
大气过程及其去除机制密切相关
在这一章中，我们将和同学们一起了解颗粒物的基本性质
并对颗粒物在各种力作用下的空气动力学行为进行介绍
颗粒物的消光性质、健康影响、在除尘装置中的去除效率等
都与颗粒物的粒径密切相关
这一讲，我们主要学习颗粒物的粒径和粒径分布
大气颗粒物的大小常常用直径即粒径来表示
颗粒物的粒径范围变化很大，小的接近气态分子
仅1.5个纳米左右，大的可以到100乃至1000微米
我们主要关心粒径较小的颗粒物，如PM10和PM2.5
从这幅图上可以很直观地看出颗粒物的大小
海边细沙的直径大约是90微米
一根头发的直径大约是50-70微米
而PM10和PM2.5的粒径分别是头发直径的五分之一和二十分之一
我们刚刚把颗粒物看作了球体
而实际大气中的颗粒物形状多是不规则的
无法用简单的直径来表示其大小
所以，我们需要确定表示颗粒物大小的代表性尺寸
比如在显微镜下观察颗粒物的时候
一般根据颗粒物在投影图中的特征长度来表示颗粒物的粒径
定向直径是各颗粒在投影图中同一方向上的最大投影长度
定向面积等分直径是各颗粒在投影图中
按同一方向将颗粒投影面积二等分的线段长度
投影面积直径是与颗粒投影面积相等的圆的直径
在使用筛子筛分粉尘时，筛孔尺寸就是筛分直径
定义为颗粒能够通过的最小方筛孔的宽度
用筛网的目数表示。目数越小，粒径越大
我们还常用当量直径或等效直径来表示颗粒物的粒径
例如，通过测量颗粒物散射的光强
可以反算出与被测量的颗粒物化学组分相同
散射光强相等的球形颗粒物的直径
这个直径称为等体积直径，用dev表示
类似的还有等表面积直径
定义为与颗粒表面积相等的球体的直径，用des表示
同一颗粒在不同定义下的粒径尺寸可能差别很大
应根据具体目的选择合适的颗粒物粒径表示方法
在除尘技术和环境监测中最常用是
斯托克斯直径和空气动力学当量直径
斯托克斯直径指在同一流体中与颗粒密度相同
沉降速度相等的圆球的直径，用ds表示
例如，等体积直径为5微米、密度为4g/cm3的不规则颗粒物
其斯托克斯直径为约为4.3微米
空气动力学当量直径指在空气中与颗粒沉降速度相等的
单位密度的圆球的直径，用da表示
我们熟悉的PM10和PM2.5，所用的直径就是空气动力学当量粒径
从两种粒径的定义中可以看到，斯托克斯直径
和空气动力学当量直径的差别取决于颗粒物的密度
刚才我们介绍的斯托克斯直径为4.3微米的颗粒物
其空气动力学当量直径是8.6微米
对于密度为1g/cm3的颗粒物
斯托克斯直径和空气动力学当量直径相等
以上我们讨论的是单一颗粒和具有相同粒径的颗粒群
但在大气污染问题中，我们关注的是粒径不同的颗粒群
为了讨论这样的颗粒群
我们需要用一些方法来描述颗粒物的粒径分布
粒径分布是指不同粒径范围内颗粒的个数
或质量、或表面积所占的比例
颗粒的数浓度随粒径的分布称为数浓度粒径分布
简称为个数分布
颗粒的质量浓度随粒径的分布称为质量浓度粒径分布
简称为质量分布
此外还有表面积分布，表示颗粒物表面积随粒径的变化情况
小于某粒径的所有颗粒个数与颗粒总个数之比
称为累积频率，通常用大写的F表示
累积频率随粒径变化的函数，就是累积频率分布
当颗粒物的粒径足够大或趋向于无穷时，其累积频率等于1
累积频率等于50%的点对应的粒径称为个数中位粒径
它可以代表样品的平均粒径
将累积频率对粒径求导，就得到了颗粒物的频率密度分布
简称频度，用p表示
在频度曲线上，频度最大值处对应的粒径称为众径
频度曲线与横轴所围成图形的面积等于1
在某一粒径区间内，频率密度曲线以下的面积
代表的就是该粒径区间内颗粒物的频率
类似地，我们可以作出质量累积频率曲线和质量频度曲线
可以看到，相对于个数分布，质量分布更偏向于大粒径
这是因为当粒径增大时
颗粒物的质量是以三次方的速度增大的
在环境空气中，虽然大部分数量的颗粒物集中在小粒径段
但颗粒物的总质量却主要是由少数大颗粒物贡献的
我们刚刚看到粒径的频度曲线大致呈钟形
累积频率曲线大致呈“S”形
说明粒径分布遵循一定的统计规律
可以用一些函数关系来表示
正态分布函数就是最简单粒径分布函数
它的频度曲线关于算数平均粒径呈对称性钟形
这里给出了它的频率密度、累积频率和标准差的函数表达式
正态分布取决于两个参数，算数平均粒径和标准差
正态分布的累积频率曲线在正态概率坐标纸上是一条直线
斜率取决于标准差
正态分布主要用于描述单分散的实验气溶胶、某些花粉和孢子等
很少用于描述环境大气中的颗粒物
最常用的粒径分布函数是对数正态分布
如果颗粒物的频度关于粒径的对数呈正态分布
那么它与粒径的关系就是对数正态分布
通过简单的变量替换，可由正态分布的频率密度函数推导出
对数正态分布的频率密度函数
与正态分布类似，对数正态分布也有两个参数
即几何平均粒径和几何标准差
几何平均粒径是粒径取对数的算术平均值
在对数正态分布中几何平均粒径等于中位粒径
几何标准差的对数等于粒径对数的标准差
所以几何标准差大于等于1
粒径对颗粒物的性质有重要影响
那么环境大气中的颗粒物粒径是如何分布的呢
我们这里给出的是怀特比博士在1976年提出的三模态分布
即按粒径从小到大将颗粒物分为爱根核模态、积聚模态和粗模态
爱根核模的颗粒物主要由高温过程或化学反应产生的蒸汽凝结而成
爱根核模颗粒物很不稳定
在大气中会很快被其他表面吸附而除去
或凝聚长大成为积聚模颗粒
积聚模颗粒不易去除，多数为二次颗粒物
80%以上的硫酸盐颗粒属于此模态
大于两微米的颗粒物属于粗模态
主要是自然和人类活动产生的一次颗粒物
如机械破碎、海浪飞沫、扬尘等
由于其粒径较大，很容易沉降下来
颗粒物的粒径还决定着其进入呼吸道
及在呼吸道内的滞留和消除比例
从这张图中可以看出，整体而言
多数大颗粒物都被阻留在鼻腔内
而颗粒物的粒径越小，被吸入呼吸道的部位越深
极微小的颗粒物甚至能够进入血液循环系统
因此，从保护人体健康的角度出发
应当更加关注大气细颗粒物的污染问题
颗粒物的粒径还决定着其捕集效率
这里给出了一张旋风除尘器除尘效率与粒径的关系曲线
可见，相对于小颗粒物，粒径大的颗粒物去除效率更高
此外，粒径对于颗粒物的消光
荷电等也都有着重要影响
我们将在后续课程中给大家介绍
欢迎大家继续学习
-1-1 大气污染的定义和分类
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-第一章 绪论--1-1 大气污染的定义和分类
-1-2 大气污染物和排放源
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-第一章 绪论--1-2 大气污染物和排放源
-1-3 大气污染的影响
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-第一章 绪论--1-3 大气污染的影响
-1-4 大气污染防治法规及标准体系
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-第一章 绪论--1-4 大气污染防治法规及标准体系
-第一章 绪论--第一章 作业习题
-2-1 燃料的性质与分类
-第二章 燃烧与大气污染--2-1 燃料的性质与分类
-2-2 燃烧过程和计算
--燃烧过程和计算
-第二章 燃烧与大气污染--2-2 燃烧过程和计算
-2-3 硫氧化物的生成
--硫氧化物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-3 硫氧化物的生成
-2-4 氮氧化物的生成
--氮氧化物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-4 氮氧化物的生成
-2-5 颗粒物的生成
-2-5 颗粒物的生成--作业
-2-6 其他污染物的生成
--其他污染物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-6 其他污染物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--第二章 作业习题
-3-1 概述
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-第三章 大气污染气象学--3-1 概述
-3-2 大气的垂直结构
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-第三章 大气污染气象学--3-2 大气的垂直结构
-3-3 大气的热力过程
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-第三章 大气污染气象学--3-3 大气的热力过程
-3-4 大气稳定度与逆温
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-3-4 大气稳定度与逆温--作业
-3-5 大气的运动和风
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-第三章 大气污染气象学--3-5 大气的运动和风
-第三章 大气污染气象学--第三章 作业习题
-4-1 概述
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-1 概述
-4-2 点源扩散的高斯模式
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-2 点源扩散的高斯模式
-4-3 特殊气象和地形条件下的高斯扩散模式（选修）
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-第四章--4-3 特殊气象和地形条件下的高斯扩散模式（选修）
-4-4 点源扩散浓度的估算
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-4 点源扩散浓度的估算
-4-5 线源和面源扩散模式（选修）
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-第四章--4-5 线源和面源扩散模式（选修）
-4-6 空气质量模型的研究进展
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-4-7 区域空气质量模型的应用案例（选修）
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-第四章--4-7 区域空气质量模型的应用案例（选修）
-第四章 大气污染浓度估算模式--第四章 作业习题
-5-1 粒径与粒径分布
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-1 粒径与粒径分布
-5-2 颗粒物的形貌特征
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-2 颗粒物的形貌特征
-5-3 化学组成和光学性质
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-5-3 化学组成和光学性质--作业
-5-4 粉尘的物理性质
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-4 粉尘的物理性质
-5-5 净化装置的性能
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-5 净化装置的性能
-5-6 流体阻力和颗粒的沉降
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-第五章--5-6 流体阻力和颗粒的沉降
-5-7 惯性碰撞、机械拦截和扩散（选修）
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-5-7 惯性碰撞、机械拦截和扩散（选修）--作业
-第五章 颗粒污染物控制技术基础--第5章 作业习题
-6-1 重力沉降室
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-第六章 除尘装置--6-1 重力沉降室
-6-2 旋风除尘器
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-6-2 旋风除尘器--作业
-6-3 电晕放电和粒子荷电（选修）
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-6-3 电晕放电和粒子荷电（选修）--作业
-6-4 荷电颗粒的运动和捕集
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-第六章 除尘装置--6-4 荷电颗粒的运动和捕集
-6-5 电除尘器的结构和设计
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-第六章 除尘装置--6-5 电除尘器的结构和设计
-6-6 袋式除尘器的工作原理
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-6-6 袋式除尘器的工作原理--作业
-6-7 袋式除尘器的压力损失和清灰（选修）
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-第六章--6-7 袋式除尘器的压力损失和清灰（选修）
-6-8 袋式除尘器的设计和应用
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-6-8 袋式除尘器的设计和应用--作业
-6-9 湿式除尘器的工作原理
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-第六章 除尘装置--6-9 湿式除尘器的工作原理
-6-10 文丘里洗涤器（选修）
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-第六章 除尘装置--6-10 文丘里洗涤器（选修）
-6-11 除尘器的选择与发展
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-6-11 除尘器的选择与发展--作业
-第六章 除尘装置--第六章 作业习题
-期中测试--期中测试
-7-1 物理吸收传质计算
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-第七章 --7-1 物理吸收传质计算
-7-2 化学吸收传质计算
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-7-2 化学吸收传质计算--作业
-7-3 吸收设备和工艺
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-7-3 吸收设备和工艺--作业
-7-4 气体吸附原理与速率
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-7-4 气体吸附原理与速率--作业
-7-5 吸附设备与工艺
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-7-5 吸附设备与工艺--作业
-7-6 吸附器的设计计算
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-第七章 --7-6 吸附器的设计计算
-7-7 催化原理
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-7-7 催化原理--作业
-7-8 气固催化反应动力学
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-7-8 气固催化反应动力学--作业
-7-9 气固相催化反应器的设计
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-7-9 气固相催化反应器的设计--作业
-第七章 气态污染物控制技术基础（选修）--第七章 作业习题
-8-1 概述
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-8-1 概述--作业
-8-2 燃烧前燃料脱硫
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-第八章 硫氧化物控制技术--8-2 燃烧前燃料脱硫
-8-3 流化床燃烧脱硫
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-8-3 流化床燃烧脱硫--作业
-8-4 高浓度二氧化硫回收
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-8-4 高浓度二氧化硫回收--作业
-8-5 石灰石/石灰湿法烟气脱硫技术
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-第八章 --8-5 石灰石/石灰湿法烟气脱硫技术
-8-6 氧化镁湿法烟气脱硫技术（选修）
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-8-6 氧化镁湿法烟气脱硫技术（选修）--作业
-8-7 海水烟气脱硫技术（选修）
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-8-7 海水烟气脱硫技术（选修）--作业
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-8-8 湿式氨法烟气脱硫技术（选修）--作业
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-8-9 喷雾干燥法烟气脱硫技术（选修）--作业
-8-10 循环流化床干法烟气脱硫
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-8-10 循环流化床干法烟气脱硫--作业
-8-11 烟气脱硫技术的综合比较
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-8-11 烟气脱硫技术的综合比较--作业
-8-12 二氧化硫控制策略（访谈）（选修）
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--参考链接
-第八章 硫氧化物控制技术--第八章 作业习题
-9-1 概述
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-9-1 概述--作业
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-第九章 固定源氮氧化物控制技术--9-2 低氮氧化物燃烧技术
-9-3 选择性催化还原技术
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-第九章 固定源氮氧化物控制技术--9-3 选择性催化还原技术
-9-4 选择性非催化还原技术
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-第九章--9-4 选择性非催化还原技术
-9-5 SNCR-SCR联合烟气脱硝技术（选修）
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-9-5 SNCR-SCR联合烟气脱硝技术（选修）--作业
-9-6 烟气同时脱硫脱硝技术（选修）
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-9-6 烟气同时脱硫脱硝技术（选修）--作业
-9-7 固定源氮氧化物控制技术评价
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-9-7 固定源氮氧化物控制技术评价--作业
-9-8 超低排放技术访谈
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-第九章 固定源氮氧化物控制技术--第九章作业习题
-10-1 概述
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-第十章 挥发性有机物控制技术--10-2 蒸气压及蒸发
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-第十章 挥发性有机物控制技术--10-3 VOCs污染预防
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-10-4 冷凝法控制VOCs污染--作业
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-第十章--10-5 燃烧法控制VOCs污染
-10-6 生物法控制VOCs污染（选修）
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-10-6 生物法控制VOCs污染（选修）--作业
-第十章 挥发性有机物控制技术--第十章作业习题
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-11-1 机动车污染概述--作业
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-11-3 机动车排放控制技术
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-第十一章 机动车污染控制--11-3 机动车排放控制技术
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--11-4-2
-第十一章--11-4 先进车辆技术和清洁替代燃料技术
-11-5 交通规划与交通管理（选修）
--11-5
-11-5 交通规划与交通管理（选修）--作业
-第十一章 机动车污染控制--第十一章作业习题
-12-1 全球气候变化与温室效应
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-12-1 全球气候变化与温室效应--作业
-12-2 气候变化的应对措施
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-12-2 气候变化的应对措施--作业
-12-3 臭氧层破坏问题
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-12-4 臭氧层破坏的应对措施
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-第十二章 全球性大气环境问题--第十二章作业习题
-Lecture 01
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-Lecture 02
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-Conversation
--Video
-附加：--Exercise
