Detail předmětu
Aerosoly
FSI-IAE Ak. rok: 2021/2022 Letní semestr
Aerosol je definován jako směs plynu a pevných nebo kapalných částic. Aerosoly bývají stabilní v rozsahu několika sekund až několika let. Rozsah velikostí částic je od 2 nm do více než 100 µm. Bez aerosolů, které slouží jako nukleační jádra, by nebylo deště, aerosoly jsou produktem trysek a mnoha dalších technologických procesů. S každým nádechem vstupují do plic miliony částic.
Předmět aerosoly se zabývá popisem chování aerosolů, jejich vznikem a měřením. Studenti jsou seznámeni s fyzikálními mechanismy, které působí při transportu částic jak atmosféře, tak ve vnitřním prostředí a s principy filtrace částic. V neposlední řadě je věnována pozornost zdravotním důsledkům působení aerosolů.
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Výsledky učení předmětu
Znalosti v oblasti generování či dispergování částic pro technické účely, měření a charakterizace aerosolů. Studenti by měli být schopni na základě matematických výpočtů stanovit usazovací rychlosti různých typů částic a předpovědět chování aerosolů v daném prostředí. Budou také znát zdravotní a environmentální rizika a bezpečnostní zásady nakládání s aerosoly.
Prerekvizity
Matematika, Fyzika, Termomechanika
Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení má charakter kontrolovaného výpočtu jednotlivých praktických příkladů, jejichž cílem je prohloubit porozumění teoretickým principům předloženým během přednášek.
Způsob a kritéria hodnocení
Písemná a ústní zkouška s důrazem na teorii i řešení praktických příkladů.
Jazyk výuky
čeština
Cíl
Cílem studia je seznámit se s aerosoly a technologiemi s nimi spojenými, osvojit si matematicko-fyzikální aparát vytvořený k popisu jejich vlastností a chování, a pochopit základy měřicí techniky v oblasti aerosolů.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky
Kontrolovaná účast na cvičeních, v případě omluvené absence výpočet náhradních příkladů. Vypracovat test během semestru.
Použití předmětu ve studijních plánech
Program N-ETI-P: Energetické a termofluidní inženýrství, magisterský navazující
obor TEP: Technika prostředí, 3 kredity, povinný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
13 hod., nepovinná
Vyučující / Lektor
Osnova
Úvod do studia aerosolů (definice, matematický popis charakteristik aerosolů), vlastnosti plynů a částic (kinetická teorie plynů, střední molekulová rychlost, střední volná dráha, Reynoldsovo číslo, měření rychlosti, průtoku a tlaku).
Fyzikální zákony pohybu částic ve vznosu (Newtonův zákon odporu, Stokesův zákon, usazovací rychlost, korekce na skluz, nesférické částice, aerodynamický průměr, usazování v podmínkách turbulentního a promíchávaného proudění, relaxační čas, brzdná dráha částic, pohyb po zakřivené dráze, impaktory, time-of-flight přístroje).
Statistický popis velikostní distribuce částic (velikostní rozdělení, momenty, lognormální rozdělení, Hatch-Choateovy vzorce).
Přitažlivé síly mezi částicemi (přitažlivé síly a odtrhávání částic, resuspenze, odraz částic), Brownův pohyb a difúze (difúzní koeficient, střední volná dráha částic, Fickův zákon a difúzní tok difúzní baterie), termoforéza.
Filtrace (makroskopické vlastnosti filtrů, účinnost jednoho vlákna, depoziční mechanismy, účinnost filtru, tlaková ztráta filtru, membránové filtry).
Vzorkování a měření koncentrace částic (izokinetické vzorkování, vzorkování z klidného vzduchu, transportní ztráty, měření hmotnostní koncentrace, přístroje s okamžitým odečítáním hodnoty, měření početní koncentrace).
Koagulace (monodisperzní, polydisperzní a kinematická koagulace), kondenzace a evaporace (Kelvinův efekt, homogenní a heterogenní nukleace, kondenzační růst, kondenzační čítače částic).
Atmosférické aerosoly (přirozeně vznikající aerosoly, pozaďová koncentrace, antropogenické aerosoly, globální účinky).
Elektrické vlastnosti aerosolů (elektrické pole a mobilita, nabíjení částic, koronový výboj, rovnovážné rozdělení náboje, precipitátory, měření pomocí elektrických účinků).
Optické vlastnosti aerosolů (absorpce a odraz záření, viditelnost, optické měření aerosolů), bioaerosoly a vláknité aerosoly; výbušnost aerosolů.
Měření pomocí mikroskopů, příprava testovacích aerosolů (atomizace kapalin, disperze pevných částic, kondenzační metody).
Aerosoly ve vnitřním prostředí (zdroje a resuspenze, průběh koncentrace v čase), depozice částic v dýchacích cestách (mechanismy transportu a depozice aerosolů, účinky na lidské zdraví).
Cvičení s počítačovou podporou
13 hod., povinná
Vyučující / Lektor
Osnova
Výpočty v oblastech:
Úvod (matematický popis charakteristik aerosolů), vlastnosti plynů a částic (střední molekulová rychlost, střední volná dráha, Reynoldsovo číslo, rychlost, průtok a tlak).
Fyzikální zákony pohybu částic ve vznosu (Newtonův zákon odporu, Stokesův zákon, usazovací rychlost, korekce na skluz, aerodynamický průměr, usazování v podmínkách turbulentního a promíchávaného proudění, relaxační čas, brzdná dráha částic).
Statistický popis velikostní distribuce částic (velikostní rozdělení, momenty, lognormální rozdělení, Hatch-Choateovy vzorce).
Přitažlivé síly mezi částicemi (resuspenze, odraz částic), Brownův pohyb a difúze (difúzní koeficient, střední volná dráha částic, Fickův zákon a difúzní tok difúzní baterie).
Filtrace (účinnost jednoho vlákna, účinnost filtru, tlaková ztráta filtru).
Vzorkování a měření koncentrace částic (transportní ztráty, hmotnostní koncentrace, početní koncentrace).
Koagulace (monodisperzní, polydisperzní a kinematická koagulace), kondenzace a evaporace (Kelvinův efekt, homogenní a heterogenní nukleace, kondenzační růst).
Atmosférické aerosoly (pozaďová koncentrace, antropogenické aerosoly, globální účinky).
Elektrické vlastnosti aerosolů (elektrické pole a mobilita, nabíjení částic, koronový výboj, rovnovážné rozdělení náboje, precipitátory).
Optické vlastnosti aerosolů (absorpce a odraz záření, viditelnost, optické měření aerosolů).
Měření pomocí mikroskopů, příprava testovacích aerosolů (atomizace kapalin, disperze pevných částic, kondenzační metody).
Aerosoly ve vnitřním prostředí (zdroje a resuspenze, průběh koncentrace v čase), depozice částic v dýchacích cestách (mechanismy transportu a depozice aerosolů).