Studying the effective condensation sink based on heterogeneous nucleation theory and measurements in Beijing

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201910213714
Title: Studying the effective condensation sink based on heterogeneous nucleation theory and measurements in Beijing
Author: Tuovinen, Saana
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2019
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201910213714
http://hdl.handle.net/10138/306224
Thesis level: master's thesis
Degree program: Ilmakehätieteiden maisteriohjelma
Master's Programme in Atmospheric Sciences
Magisterprogrammet i atmosfärsvetenskaper
Specialisation: Aerosolifysiikka
Aerosol Physics
Aerosolfysik
Discipline: none
Abstract: Lukuisia hiukkasmuodostumistapahtumia on havaittu hyvin saastuneissa ympäristöissä Kiinassa. Saastuneessa ympäristössä höyryjen kondensaatiohäviö on hyvin suuri, eikä pitäisi teoriassa olla mahdollista, että näitä hiukkasmuodostumistapahtumia havaitaan. Tämä opinnäytetyö pyrkii os- altaan selittämään näitä havaintoja tutkimalla heterogeenista nukleaatiota erilaisissa olosuhteissa, erilaisille kondensoituville höyryille ja erilaisille hiukkasytimille. Pyrkimyksenä on löytää tilanteita, joissa heterogeenista nukleaatiota ei tapahdu tietyille höyryille ja tutkia kuinka tämä vaikuttaa kondensaatiohäviöön. Heterogeenista nukleaatiota tutkittiin teoreettisesti mallintaen. Tässä työssä tarkastellaan erityis- esti heterogeenisen nukleaation kontaktikulmaa θ. θ riippuu höyryn ja ytimen pintajännityksistä ja sillä on vahva vaikutus heterogeenisen nukleaation todennäköisyyteen. Suuremmilla kontaktikul- milla heterogeeninen nukleaatiotodennäköisyys on pienempi. Monia sellaisia tilanteita, joissa ei ainakaan teoriassa ole heterogeenista nukleaatiota, löydettiin. Tällaisia tilanteita voi syntyä es- imerkiksi silloin, kun kontaktikulma tai höyrymolekyylin massa on suuri. Heterogeenista nukleaatiota tutkittiin ilmakeähän olosuhteita vastaavissa olosuhteissa. Kontak- tikulmat,jotka vaadittiin, ettei heterogeenista nukleaatiota ole, määritettiin eri olosuhteille ja eri nukleoituville höyryille. Koska θ riippuu höyryn ja yhdinhiukkasen kemiallisista ominaisuuksista ja näiden välisestä vuorovaikutuksesta, tutkittiin lisäksi aerosolin kemiallista kompositiota sekä hiukkasten muodostumisnopeuksia ja kondensaatiohäviötä Pekingissä mitatusta datasta. Toiveissa oli löytää viitteitä siitä, kuinka efektiivinen kondensaatiohäviö ja kemiallinen kompositio mahdol- lisesti liittyvät toisiinsa. Vahvoja viitteitä tästä ei kuitenkaan vielä löydetty. Tehottoman heterogeenisen nukleaation vaikutusta efektiiviseen kondensaatiohäviöön tarkasteltiin. Löydettiin useita tilanteita, joissa teoriassa on mahdollista, että tehottomasta heterogeenisesta nukleaatiosta johtuen effektiivinen kondensaatiohäviö on merkittävästi pienempi kuin teoreettinen kondensaatiohäviö. On siis mahdollista, että heterogeenisen nukleaation tehottomuus osaltaan selittää, miksi hiukkasmuodostumistapahtumia havaitaan myös hyvin saastuneissa ympäristöissä.Observations of frequent new particle formation events have been made in severely polluted environ- ments in China. In theory this should not be possible because of the large condensation sink caused by large concentrations of particles. This thesis tries to shed light on reasons why this happens by investigating heterogeneous nucleation in different conditions, for different vapours and seed particles. Especially of interest are those situations where heterogeneous nucleation is considered to be ineffective which would affect the condensation sink of vapours. Theoretical modelling was used to investigate heterogeneous nucleation and measured data was analyzed to complement theoretical results. In this thesis, special focus is on contact angle θ of heterogeneous nucleation, a variable that depends on surface tensions of the vapour and the seed particle the vapour condenses on. θ has a strong effect on the heterogeneous nucleation probability and the larger it is the less likely nucleation is to occur. Many situations where there was at least in theory little heterogeneous nucleation were found. Conditions similar to real atmospheric conditions were investigated and contact angles needed for heterogeneous nucleation to be ineffective for a vapour were determined. Because θ is related to chemical properties of the seed particle, aerosol chemical composition was also investigated alongside with the corresponding condensation sink and particle formation rates using data measured in Beijing, China. This was done in hopes of finding indications of if and how effective condensation sink and aerosol chemical composition are related. However, no clear connection was yet found. Influence of ineffective heterogeneous nucleation on effective condensation sink was considered. It was found that if ineffectiveness of heterogeneous nucleation affects the condensation sink, effective sink can in theory be significantly smaller than condensation sink. Thus, ineffective heterogeneous nucleation due to multiple factors explored in this thesis could in part explain why new particle formation events are observed even in heavily polluted areas.
Subject: Aerosol
Heterogeneous Nucleation
Nucleation
Condensation sink
Effective condensation sink
aerosoli
heterogeeninen nukleaatio
nukleaatio
kondensaatiohäviö
effektiivinen kondensaatiohäviö


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Tuovinen_Saana_Pro_gradu.pdf 2.511Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record