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Towards a comparison of fractal aggregate mobility diameter models

J. Yon * (1), T. Thajudeen (2), A. Singh (2)

1. INSA Rouen Normandie, Univ Rouen Normandie, CNRS Normandie Univ, CORIA UMR 6614, Saint-Etienne-du-Rouvray, France
2. School of Mechanical Sciences, Indian Institute of Technology Goa, Goa, India

[2026]

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Résumé

La mesure granulométrique des nanoparticules repose principalement sur des dispositifs commerciaux qui classifient les particules selon leur mobilité électrique, en équilibrant la traînée hydrodynamique induite par un écoulement laminaire avec une force électrique transversale. Pour les particules sphériques, la mobilité est directement corrélée au diamètre géométrique. Cependant, pour les particules non sphériques ? en particulier les agrégats fractals composés de sphères primaires quasi sphériques ? les chosent se compliquent. Pour remédier à cela, des facteurs de forme ont été introduits. Toutefois, les agrégats fractals, caractérisés par des lois d'échelle, nécessitent des relations entre le diamètre de mobilité et des descripteurs morphologiques (par exemple, le nombre et les rayons des sphères primaires, la dimension fractale et le préfacteur). Malgré des recherches approfondies, cette problématique reste un sujet d'investigation toujours actif avec la coexistence de nombreux modèles qui sont son rarement comparés. Ce document passe en revue les approches avancées les plus récentes, en les présentant dans un cadre analytique unifié et simplifié pour faciliter leur comparaison et approfondir la compréhension physique. Nous proposons une nouvelle expression analytique unifiée pour le diamètre de mobilité des agrégats fractals, valable pour une large gamme de morphologies, de températures et de régimes d'écoulement. Ce modèle est pratique et directement intégrable dans les codes de post-traitement pour des applications réelles.

Mots clés

Agrégats fractals, diamètre de mobilité, SMPS

Abstract

Granulometric measurement of nanoparticles primarily relies on commercial devices that classify particles by electrical mobility, balancing hydrodynamic drag in laminar airflow with a transverse electric force. For spherical particles, mobility directly correlates with geometric diameter, but non-spherical particles?particularly fractal aggregates composed of nearly spherical primary spheres?complicate this relationship. To address this, shape factors have been introduced to estimate the volume-equivalent spherical diameter from mobility. However, fractal aggregates, characterized by scaling laws, require relationships between mobility diameter and morphological descriptors (e.g., number and radii of primary spheres, fractal dimension, and prefactor). Despite extensive research, discrepancies among models persist, keeping this an active field of investigation. This document reviews the latest advanced approaches, presenting them in a unified, simplified analytical framework to facilitate model comparison and deepen physical understanding. We propose a novel, unified analytical expression for the mobility diameter of fractal aggregates, valid across diverse morphologies, temperatures, and flow regimes. This model is practical and readily implementable in post-processing codes for real-world applications.

Keywords

Fractal aggregates, mobility diameter, SMPS

DOI

10.25576/ASFERA-CFA2026-50131

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