Abstract Understanding the evolution of aerosol metrics in Continuously Stirred Aerosol Reactors (CSTAR) is of considerable importance for the generation and synthesis of aerosol particles with controlled size and morphological properties. Generally, the dynamic equations governing the depletion of precursor monomer species as well as the evolution of aerosol metrics are solved by method of moments. These provide a simpler, alternative system of ordinary differential equations in place of the complicated integro-partial differential system of general dynamics equation for the entire size distribution function. A fundamental question pertains to the existence of closure of the moment equations, consistent with aerosol processes. In this article, we derive constraints on the values of condensation exponent in the pre-coagulation regime of CSTAR, which lead to a system of closed moment equations. The relevant condensation processes on fractal aggregates corresponding to some of these exponents are also identified. Stability analysis for these systems is carried out by formulating and solving their characteristic equations. The solutions are examined by numerically integrating the moment equations, which show interesting non-monotonic behavior with respect to ventilation rate (reciprocal of residence time). The study not only highlights the general features of the aerosol evolution equation, but also demonstrates its usefulness for optimizing the yield of particles across a range of growth exponents. Copyright © 2020 American Association for Aerosol Research

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使用广义凝聚指数的连续搅拌罐气溶胶反应器中分形聚集体的演化动力学

摘要 了解连续搅拌气溶胶反应器 (CSTAR) 中气溶胶指标的演变对于具有受控尺寸和形态特性的气溶胶颗粒的生成和合成具有相当重要的意义。通常，控制前体单体物种消耗以及气溶胶指标演变的动力学方程通过矩量法求解。这些提供了一个更简单的、替代的常微分方程系统，代替了整个尺寸分布函数的一般动力学方程的复杂积分偏微分系统。一个基本问题与力矩方程的闭合性有关，与气溶胶过程一致。在本文中，我们推导出了 CSTAR 预凝状态中凝结指数值的约束，这导致了一个闭矩方程组。还确定了与这些指数中的一些相对应的分形聚集体上的相关凝聚过程。这些系统的稳定性分析是通过制定和求解它们的特征方程来进行的。通过对矩方程进行数值积分来检查解，该方程显示出相对于通风率（停留时间的倒数）有趣的非单调行为。该研究不仅突出了气溶胶演化方程的一般特征，而且还证明了它在优化一系列生长指数的粒子产量方面的有用性。版权所有 © 2020 美国气溶胶研究协会 还确定了与这些指数中的一些相对应的分形聚集体上的相关凝聚过程。这些系统的稳定性分析是通过制定和求解它们的特征方程来进行的。通过对矩方程进行数值积分来检查解，该方程显示出相对于通风率（停留时间的倒数）有趣的非单调行为。该研究不仅突出了气溶胶演化方程的一般特征，而且还证明了它在优化一系列生长指数的粒子产量方面的有用性。版权所有 © 2020 美国气溶胶研究协会 还确定了与这些指数中的一些相对应的分形聚集体上的相关凝聚过程。这些系统的稳定性分析是通过制定和求解它们的特征方程来进行的。通过对矩方程进行数值积分来检查解，该方程显示出相对于通风率（停留时间的倒数）有趣的非单调行为。该研究不仅突出了气溶胶演化方程的一般特征，而且还证明了它在优化一系列生长指数的粒子产量方面的有用性。版权所有 © 2020 美国气溶胶研究协会 通过对矩方程进行数值积分来检查解，该方程显示出相对于通风率（停留时间的倒数）有趣的非单调行为。该研究不仅突出了气溶胶演化方程的一般特征，而且还证明了它在优化一系列生长指数的粒子产量方面的有用性。版权所有 © 2020 美国气溶胶研究协会 通过对矩方程进行数值积分来检查解，该方程显示出相对于通风率（停留时间的倒数）有趣的非单调行为。该研究不仅突出了气溶胶演化方程的一般特征，而且还证明了它在优化一系列生长指数的粒子产量方面的有用性。版权所有 © 2020 美国气溶胶研究协会