Том 35, номер 08, статья № 5

Аннотация:

Приведены новые данные о зависимости функции коэффициента преломления сажевых частиц от их среднего размера в видимой и ближней ИК-областях спектра, полученные методом лазерно-индуцированной инкандесценции. В настоящее время для расчета поглощения солнечного света сажевыми аэрозолями используется значение функции коэффициента преломления порядка 0,2 на длине волны 550 нм, независимо от происхождения сажевых частиц и их вариативности. Полученные данные показывают, что оптические свойства сажи зависят от размера частиц и условий их формирования, что, в свою очередь, связано со степенью их графитизации. Показано, что учет распределения по размерам частиц в сажевых аэрозолях может приводить к увеличению поглощения ими солнечного излучения по сравнению с принятыми значениями примерно в два раза.

Ключевые слова:

сажевые частицы, поглощение солнечного излучения, функция коэффициента преломления, средний размер сажевых частиц

Список литературы:

1. Bond T.C., Doherty S.J., Fahey D.W., Forster P.M., Berntsen T., DeAngelo B.J., Flanner M.G., Ghan S., Kärcher B., Koch D., Kinne S., Kondo Y., Quinn P.K., Sarofim M.C., Schultz M.G., Schulz M., Venkataraman C., Zhang H., Zhang S., Bellouin N., Guttikunda S.K., Hopke P.K., Jacobson M.Z., Kaiser J.W., Klimont Z., Lohmann U., Schwarz J.P., Shindell D., Storelvmo T., Warren S.G., Zender C.S. Bounding the role of black carbon in the climate system: A scientific assessment // J. Geophys. Res.: Atmos. 2013. V. 118. P. 5380–5552.
2. Chýlek P., Ramaswamy V., Srivastava V. Albedo of soot-contaminated snow // J. Geophys. Res. 1983. V. 88, N C15. P. 10837–10843.
3. Гинзбург А.С., Губанова Д.П., Минашкин В.М. Влияние естественных и антропогенных аэрозолей на глобальный и региональный климат // Рос. хим. журн. 2008. Т. LII, № 5. С. 112–119.
4. Schulz C., Kock B.F., Hofmann M., Michelsen H.A., Will S., Bougie B., Suntz R., Smallwood G. Laser-induced incandescence: Recent trends and current questions // Appl. Phys. B. 2006. V. 83. P. 333–354.
5. Гуренцов Е.В., Еремин А.В., Михеева Е.Ю. Исследование термодинамических свойств углеродных наночастиц методом лазерного нагрева // Теплофизика высоких температур. 2017. Т. 55, № 5. С. 737–745.
6. Gurentsov E. A review on determining the refractive index function, thermal accommodation coefficient and evaporation temperature of light absorbing nanoparticles suspended in gas the phase using the laser-induced incandescence // Nanotechnol. Rev. 2018. V. 7. P. 583–604.
7. Snelling D.R., Liu F., Smallwood G.J. Determination of the soot absorption function and thermal accommodation coefficient using low-fluence LII in a laminar coflow ethylene diffusion flame // Combust. Flame. 2004. V. 136. P. 180–190.
8. Snelling D., Thomson K., Liu F., Smallwood G. Comparison of LII derived soot temperature measurements with LII model predictions for soot in a laminar diffusion flame // Appl. Phys. B. 2009. V. 96. P. 657–669.
9. Bladh H., Johnsson J., Olofsson N.-E., Bohlin A., Bengtsson P.-E. Optical soot characterization using two-color laser-induced incandescence (2C-LII) in the soot growth region of a premixed flat flame // Proc. Combust. Inst. 2011. V. 33. P. 641–648.
10. Olofsson N.-E., Simonsson J., Török S., Bladh H., Bengtsson P.-E. Evolution of properties for aging soot in premixed flat flames studied by laser-induced incandescence and elastic light scattering // Appl. Phys. B. 2015. V. 119. P. 669–683.
11. Bejaoui S., Batut S., Therssen F., Lamoureux N., Desgroux P., Liu F. Measurements and modeling of laser-induced incandescence of soot at different heights in a flat premixed flame // Appl. Phys. B. 2015. V. 118. P. 449–469.
12. Eremin A.V., Gurentsov E.V., Popova E., Priemchenko K. Size dependence of complex refractive index function of growing nanoparticles // Appl. Phys. B. 2011. V. 104. P. 285–295.
13. Therssen E., Bouvier Y., Schoemaecker-Moreau C., Mercier X., Desgroux P., Ziskind M., Focsa C. Determination of the ratio of soot refractive index function E(m) at the two wavelengths 532 and 1064 nm by laser induced incandescence // Appl. Phys. B. 2007. V. 89. P. 417–427.
14. Michelsen H.A., Schrader P.E., Goulay F. Wavelength and temperature dependences of the absorption and scattering cross sections of soot // Carbon. 2010. V. 48. P. 2175–2191.
15. López-Yglesias X., Schrader P.E., Michelsen H.A. Soot maturity and absorption cross sections // J. Aerosol Sci. 2014. V. 75. P. 43–64.
16. Yon J., Lemaire R., Therssen E., Desgroux P., Coppalle A., Ren K.F. Examination of wavelength dependent soot optical properties of diesel and diesel/rapeseed methyl ester mixture by extinction spectra analysis and LII measurements // Appl. Phys. B. 2011. V. 104. P. 253–271.
17. Cléon G., Amodeo T., Faccinetto A., Desgroux P. Laser induced incandescence determination of the ratio of the soot absorption functions at 532 nm and 1064 nm in the nucleation zone of a low pressure premixed sooting flame // Appl. Phys. B. 2011. V. 104. P. 297–305.
18. Bejaoui S., Lemaire R., Desgroux P., Therssen F. Experimental study of the E(m, k)/E(m, 1064) ratio as a function of wavelength, fuel type, height above the burner and temperature // Appl. Phys. B. 2013. V. 116. P. 313–323.
19. Панченко М.В., Козлов В.С., Полькин В.В., Терпугова С.А., Тумаков А.Г., Шмаргунов В.П. Восстановление оптических характеристик тропосферного аэрозоля Западной Сибири на основе обобщенной эмпирической модели, учитывающей поглощающие и гигроскопические свойства частиц // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 1. С. 46–54.
20. Зуев В.Е., Креков Г.М. Оптические модели атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 256 с.
21. Twitty J.T., Weinmann J.A. Radiative properties of carbonaceous aerosol // J. Appl. Met. 1971. V. 10. P. 725–731.
22. Bond T.C., Bergstrom R.W. Light absorption by carbonaceous particles: An investigative review // Aerosol Sci. Technol. 2006. V. 40. P. 27–67.
23. Гуренцов Е., Еремин А., Михеева Е., Колотушкин Р. Влияние размеров и структуры на оптические свойства сажевых частиц, синтезированных при пиролизе и горении углеводородов // Теплофизика высоких температур. 2022. Т. 60, № 2. DOI: 10.31857/S0040364422020053.
24. Russo C., Apicella B., Tregrossi A., Ciajolo A., Le K.C., Török S., Bengtsson P.-E. Optical band gap analysis of soot and organic carbon in premixed ethylene flames: Comparison of in-situ and ex-situ absorption measurements // Carbon. 2020. V. 158. P. 89–96.
25. Schulz M., Textor C., Kinne S., Balkanski Y., Bauer S., Berntsen T., Berglen T., Boucher O., Dentener F., Guibert S., Isaksen I.S.A., Iversen T., Koch D., Kirkevåg A., Liu X., Montanaro V., Myhre G., Penner J.E., Pitari G., Reddy S., Seland Ø., Stier P., Takemura T. Radiative forcing by aerosols as derived from the AeroCom present-day and pre-industrial simulations // Atmos. Chem. Phys. 2006. V. 6. P. 5225–5246.
26. Chleck P., Coakley J.A. Jr. Aerosols and climate // Science. 1974. V. 183. P. 5–77.
27. Ogren J.A., Charlson R.J. Elemental carbon in the atmosphere: Cycle and lifetime // Tellus B. 1983. V. 35. P. 241–254.
28. Bond T.C., Bhardwaj E., Dong R., Jogani R., Jung S., Roden C., Streets D.G., Trautmann N.M. Historical emissions of black and organic carbon aerosol from energy-related combustion, 1850–2000 // Global Biogeochem. Cycles. 2007. V. 21. GB2018.
29. Liu F., Yon J., Fuentes A., Lobo P., Smallwood G.J., Corbinet J.C. Review of recent literature on the light absorption properties of black carbon: Refractive index, mass absorption cross section, and absorption function // Aerosol Sci. Technol. 2020. V. 54. P. 33–51.
30. Su D.S., Muller J.-O., Jentoft R.E., Rothe D., Jacob E., Schogl R. Fullerene-like soot from EuroIV diesel engine: Consequences for catalytic automotive pollution control // Top. Catal. 2004. V. 30. P. 241–245.
31. Lu S., Tan Z., Liu P., Zhao H., Liu D., Yu Sh., Cheng P., Win M.S., Hu J., Tian L., Wu M., Yonemochi Sh., Wang Q. Single particle aerosol mass spectrometry of coal combustion particles associated with high lung cancer rates in Xuanwei and Fuyuan, China // Chemosphere. 2017. V. 186. P. 278–286.
32. Torvela T., Tissari J., Sippula O., Kaivosoja T., Leskinen J., Virén A., Lähde A., Jokiniemi J. Effect of wood combustion conditions on the morphology of freshly emitted fine particles // Atmos. Environ. 2014. V. 87. P. 65–76.
33. Luo Y., Zhu L., Fang J., Zhuang Z., Guan C., Xia C., Xie X., Huang Z. Size distribution, chemical composition and oxidation reactivity of particulate matter from gasoline direct injection (GDI) engine fueled with ethanol-gasoline fuel // Appl. Therm. Eng. 2015. V. 89. P. 647–655.