Исмаилов Б. Р. Техногенді сипаттағы апаттарды модельдеу және бағалау пәнінен дәрістер жинағы
жүктеу/скачать 1,37 Mb.
|
| Мезомасштабты диапазон
Мезомасштабты диапазонның (ММД) басты ерекшелігінің бірі аз зерттелген құбылыс болады – ағын қозғалыстарының өтпелі режимі. Осы режимде динамикалық функция тербелісі үш өлшемді турбулентті сипатқа ие, сонымен қатар квази екі өлшемді ірі масштабты тербелістер сипатына ие. ММД құбылысы өте аз, оларды зерттеу үшін, яғни әлемдік метеостанция желілері деректері көмегімен және сол уақытта оларды локальды өлшемдер бойынша жергілікті метоемачта зерттеу аса жоғары болып саналады. ММД ТСТЖ барысында үрдістерді сипаттауда толығымен сызықты өлшемге сәйкес келеді, мысалы: үлкен қала атмосферасындағы қоспа қалдықтарымен тікелей байланысты. ММД процесінің энергетикалық құраушылары келесідей факторлармен анықталады: - тұрақсыз қысымдар, олар өз кезегінде циклондарды, тропикалық циклондарды және т.с.с. тудырады; - конвективтік сипаттағы ұялы бұлтты құрылымның тұрақсыздығы; - төсетілетін беттің қызулық және орографиялық біртектілігі. ММД-да газды компоненттер және аэрозольдерді тасымалдаудан туындайтын көптеген физикалық және химиялық айналулар болып жатады. Демек, атмосфералық ММД аймағын белгілі бір химиялық реактор ретінде көрсетуге болады, мұнда әртүрлі заттардың химиялық және фазалық түрленулері жүретін болады. Таралу туралы есептер қалай шешіледі, мысалы газдардың турбулентті ағындарының сипаттамасы, мысалы газ ағындарының турбулентті сипаты және жылу алмасу аппараттарының байланыс құрылығыларындағы сұйықтар, өңделетін математикалық моделдерді оңайлату үшін оңайлатылған жағдайдағы қатарды енгізуге тура келеді, яғни «белсенді» және «ауыр» газдар туралы көрсітілімде жүзеге асатын болады. Ағымдағы жұмыста ММД жайлы теорияның шеңберінде біз екі мәселені қарастырдық: қалалық шарттарда газ тәрізді қоспалардың азайтылған мөлшердегі қалдықтары пайда болды (10 нан 100 тоннаға дейін), оның ауа тығыздығынан көп болатын тығыздығы және оның атмосферадағы «белсенді» газ концентрациясының таралуы туралы есептер болады. Бірінші есепте ғимарат тесіктерінде ауыр газдың «отыру» факторын ескеру қажеттілігі туындайды, рельефте, жер төрелерде және т.б. [1]. Атмосферада белсенді қоспаның шашырауы жүргізілетін басқа жағдай туындайды: қоспа қоршаған ортамен бірге химиялық реакцияға түседі және оның концентрациясы уақыт бойынша азаяды. Қоспа ыдырайды немесе атмосфералық ауаның құрамында болатын газдармен химиялық реакцияға түседі, оның көлемі уақыт өте азаяды, яғни, қоспаның концентрациясы ауадағы қоспа молекулаларының таралуы есебінен ғана емес, сонымен қатар сол қоспаның химиялық белсенділігі есебінен азаяды. - үш өлшемді евклиттік кеңістік; кеңістігінің нүктесіндегі, – осы нүктенің қоспалық концентрация мәнімен сәйкес келетін функция. Үздіксіз дифференицалданған функция , сонымен қатар шығу көздері болмайды. Қоспалардың тасымалдану үрдісін турбулентті диффузиямен координата өстерін бойлай сипаттауға болады. Келесідей белгілейміз: , (2.1) мұндағы, - үлкен уақыт аралығы бойынша орташаланған қоспа бөлшектерінің жылдамдық векторы; - қоспа бөлшектерінің жылдамдығын құрайтын флуктация векторы. бұл белсенділігі есебінен қоспаның көлемінің азаюын бейнелейтін эмпирикалық функция (төселетін бет аралығындағы қоспалардың шөгуі, химиялық реакцияға түсу және т.б). Осы функцияны келесідей түрде көрсетуге болады: , (2.2) мұндағы, a, b, c, k – эмпирикалық коэффициенттер, бастапқы жуықтауында оларды белгісіз деп айтуға болады. Мысалы, [12], мұндағы , - атмосферада қоспаның көлемі е есе азаятын уақыт аралығы. Ауыр газ, яғни атмосфералық ауамен қалдықтар қоспасы Ричардсон критериі бойынша сипатталады [7]: (2.3) мұндағы, - турбуленттік бөлшектің гравтиациялық үдеуі; - еркін түсу үдеуі; - атмосфералық ауа мен қоспа тығыздығы; - атмосфераның нейтралды жағдайы үшін динамикалық жылдамдығы. м/с м кезінде және басқа да тең жағдайында оларды мынадай түрде көрсетуге болады: (2.4) Осылайша, ауыр газдың төменде келтірілетін қозғалыс модельдері шарттарды орындау кезінде маңызды болып келеді. Біз қалыңдығы 100м болатын атмосфера қабатындағы ауа массасының қозғалысын зерттейміз, онда ауаның тік ағындарының температуралық сипаттамалары биіктік бойынша өзгермейді. Ауыр компоненттің тығыздығы мен концентрациясына тәуелділігін Дальтон заңын есепке ала отырып Клапейрон-Менделеев теңдеуі түрінде жазамыз: , (2.5) мұндағы, - универсал газ тұрақтысы; - тұрақты деп есептелетін қоспа температурасы; - ауыр компоненттің массалық концентрациясы. Мысалы, азот тетраоксидін өзгерту кезінде оның затына ыдырау жүргізіледі.Осыдан кейін заты атмосфералық ауа құрамында болатын су буымен химиялық реакцияға түседі, затынан тұман түзеді: . (2.6) Өз кезегінде тамшысынан болатын тұман бұлттардың салқындауын тудырады және оның тығыздығын жоғарылатады. Тамшы (немесе қатты бөлшектер) түзілгеннен кейін ауыр газдардың түзілуі дисперстік қосылыстарда шөгудің жеке жылдамдықтарының болуымен анықталады [13]. Сфералық бөлшектер үшін шөгу жылдамдығы Стокс формуласымен есептеледі: , (2.7) мұндағы,
- бөлшек тығыздығы; - бөлшек радиусы; - молекулярлық тұтқырлық коэффициенті. Сондықтан, төселетін бет бөлшектерінің жету уақыты келесі формула бойынша анықталады: (2.8) кезінде , , облысында түзілген (газ бағанының өлшемдері) және есептік D облысында бөлшектер құрамында болатын газ көлемі алынады: , (2.9) мұндағы, - t уақыт мезетінде туындаған бөлшектер саны. Осылайша, уақыт өте ауыр газдың көлемдің концентрациясы мынадай шамаға азаяды: , (2.10) мұндағы, - есептік аймақ көлемі. Мынадай деп белгілейміз: (2.11) Ауыр газдың ерекшелігі газ көзінің аймағындағы жылдамдық өрісі мен атмосфералық турбуленттіктің сипатын өзгертеді. Тығыздық, температура және концентрацияның градиенттерінен туындайтын (Архимед) балқыма күштері пайда болады. Атмосферада қозғалатын күштердің осындай стратификациясы жылдамдықтың турбуленттік пульсациялық қарқындылығының төмендеуіне және турбуленттік диффузияның Kx, Ky, Kz коэффиценттерінің айтарлықтай азаюына алып келеді. Жұмыс барысында ауыр газдың таралуы кезінде жер бетінің ауданы үлкен болып, бұлт тығыздығы атмосфералық ауа тығыздығына тең болады. Осы ерекшеліктер қоспалардың таралуын модельдеу және есептеу кезінде, модельдерді іске асырудың сандық схемаларын дайындау кезінде есепке алынуы керек. Біз ары қарай белсенді және ауыр газды түзе отырып шапшаң қоспа қалдықтарынан кейінгі қоспалардың таралуын қарастырамыз [10]. Флуктациялық құраушылардың компоненттері үшін келесідей арақатынас қолданамыз: (2.12) мұндағы,
,,- координата өсін бойлай турбулентті диффузия коэффициенттері. Ары қарай мынадай деп ұйғарамыз, яғни жел жылдамдығының бағыты осіне сай келеді, ал қоспа бөлшектерінің шөгу жылдамдығының векторы тігінен төмен қарай бағытталады. жүктеу/скачать 1,37 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|