Н. А. Назарбаева народу Казахстана
жүктеу/скачать 35,33 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Көлденең үрлемелі ағыншасы бар жылдамдығы дыбыс жылдамдығынан жоғары ағынның көпкомпонентті газ қоспасын сандық зерттеу Түйіндеме.
- Numerical investigation of supersonic flow of multicomponent gaseous mixture with transverse jet injection Summary
- Key words
- ГЛОБАЛЬНАЯ АЭРОКОСМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ
Давление и полная энергия описываются с помощью выражений
N = k k k W Y M γ ρT = p 1 2 , N = k 2 2 k k t w + v + u ρ + p h Y M γ ρ = E 1 2 2 2 1 Удельная энтальпия k -ой компоненты k h и молярная теплоемкость pk C определяются из термодинамических таблиц JANAF [2]. Коэффициент вязкости определяется как сумма коэффициентов ламинарной и турбулентной вязкости:
.
μ определяется с помощью алгебраической модели турбулентности Болдуина-Ломакса,
- из формулы Уилке. Система (1) записана в безразмерной форме в общепринятых обозначениях. В качестве определяющих параметров приняты параметры потока на входе
W , T , ρ , u , характерным размером длины является диаметр круглого отверстия d. Здесь индекс 0 отнесен к параметрам струи, индекс ∞ - к параметрам потока, индекс массовой концентрации k Y соответствует компонентам О 2 , Н
2 , N
2 . Граничные условия На входе задаются параметры потока, начальные условия совпадают с граничными условиями на входе. Во входном сечении вблизи стенки задается пограничный слой, где продольная составляющая скорости аппроксимируется степенным законом. На вдуве струи задаются параметры струи. На нижней стенке задаются условия прилипания и теплоизоляции; на верхней и на боковых границах выполняется условие симметрии, на выходной границе задается условие неотражения [3]. Метод решения Численное решение системы (1) производится в два этапа. На первом этапе вычисляются термодинамические параметры, на втором определяются массовые концентрации. Аппроксимация конвективных слагаемых производится с помощью ENO-схемы с третьим порядком точности. Члены, содержащие вторые производные, представляются в виде суммы двух векторов: векторов вторых производных и векторов диссипативных членов, а векторы потоков со смешанными производными аппроксимируются явным образом со вторым порядком точности. Полученная система разностных уравнений решается относительно вектора термодинамических параметров матричной прогонкой, а массовых концентраций – скалярной прогонкой.
Численные расчеты проводились на разнесенной сетке при следующих значениях характерных параметров: 0.9
Pr = , 1 0 = M , 4 = M , диапазон параметра нерасчетности 15 4 n , 4 10 Re = . 20
H x - длина, 15
- ширина и 10
- высота расчетной области в калибрах, 10 0
x – расстояние от входной границы до центра струи в калибрах, размер минимальной сетки был принят 81 81 101 . Влияние параметра нерасчетности на характер взаимодействия струи водорода с набегающим потоком воздуха показано на рисунке 2, на котором представлена картина изобар (слева) и изомах (справа) при различных значениях n в плоскости симметрии xz.
а)
б) 544
в)
г)
д)
е)
а-б) n=15 в-г) n=10 д-е) n=4 Рисунок 2 – Изобары и распределение местного числа Маха в плоскости симметрии xz
Из численных расчетов следует, что динамика образования ударно-волновой структуры в сечении симметрии аналогична двумерной задаче [1], т.е. вследствие торможения потока перед струей возникает головной скачок уплотнения (1 на рисунке 2). Вверх по течению от него отходит косой скачок уплотнения 2, за которым наблюдается зона сверхзвукового течения. Последующее торможение потока сопровождается появлением второй ударной волны – замыкающего скачка уплотнения 3, параллельного оси струи. Так же видно, что вследствие замыкания ударных волн, а именно головной 1, косой 2 и замыкающей 3, образуется сложная λ-образная структура волн. Из рисунка следует, что увеличение параметра нерасчетности приводит к росту угла наклона головной ударной волны. Распределение местного числа Маха показывает, что струя, вдуваясь со звуковой скоростью, ускоряется и на некотором расстоянии становится сверхзвуковой, после чего граница образовавшейся сверхзвуковой зоны замыкается, очерчивая круг, который соответствует «бочке», разделяющей сверхзвуковую и дозвуковую зоны. В верхней ее части волны сжатия образуют диск Маха (4 на рисунке 2), за которым течение замедляется и становится дозвуковым. Затем течение в струе ускоряется до скорости основного потока. Вследствие существования зоны разрежения за струей возникает область торможения. Из графиков видно, что рост бочкообразной структуры замедляется с уменьшением параметра нерасчетности. Также из расчетов следует, что рост ускорения происходит нелинейным образом, так, например, значения числа Маха внутри «бочки» увеличиваются до M=3.44 для n=15, в то время как для n=10 это значение достигает M=3.1, а для n=4 – M=2.17. На рисунке 3 представлена динамика сходимости численного решения для рассматриваемой задачи при различных значениях параметра нерасчетности. В частности, приведены графики сходимости при n=15 (кривая 1), n=10 (кривая 2), и n=4 (кривая 3). На графиках прослеживается как существенное уменьшение минимального значения, так и улучшение динамики безразмерной нормы невязки с уменьшением значения параметра нерасчетности.
545
Рисунок 3 – Динамика уменьшения безразмерной нормы невязки для плотности На рисунке 4 приведен обобщающий график зависимости глубины проникновения водорода от отношения динамического давления ) ( / ) ( 2 0 2
V q , расчеты производились с параметрами эксперимента [4] в диапазоне 4 поднялась линия 0.3%-концентрации водорода в сечении x/d=17, представлена кривой 1, для линии максимального значения концентрации водорода в сечении x/d=17 глубина проникновения
соответствует кривой 2.
давления q в сечении x/d=17: кривая 1 – для 0.3%-концентрации водорода; кривая 2 – для максимальной концентрации водорода; □,○ – экспериментальные данные [4]
ЛИТЕРАТУРА 1. Бекетаева А.О., Найманова А.Ж. Применение ENO (Essentially non-oscillatory) схемы для моделирования течения многокомпонентной газовой смеси // Вычислительные технологии. – Новосибирск, Россия, 2007. – Т. 12. – Специальный выпуск 4: Труды V Совещания российско-казахстанской рабочей группы по вычислительным и информационным технологиям. – С. 17-25. 2. Kee R.J., Rupley F.M., Miller J.A. CHEMKIN-II: a Fortran chemical kinetic package for the analysis of gas-phase chemical kinetics // Sandia National Laboratories Report, SAND89-8009B. – Albuquerque, United States, 1989. – P. 89. 3. Poinsot T.J., Lele S.K. Boundary Conditions for Direct Simulation of Compressible Viscous Flows // Journal of Computational Physics. – Amsterdam, Netherland, 1992. – № 101. – P.104-129. 4. Rogers R. C. A study of the mixing of hydrogen injected normal to a supersonic airstream // NASA Report TN D-6114. – Washington, United States, 1971. – P. 53.
REFERENCES 1. Beketaeva A.O., Naimanova A.Z. Application of ENO (essentially nonoscillatory) scheme to modeling of multi-component flows // Computational technologies. – Novosibirsk, Russia, 2007. V. 12. – Special issue 4. P. 17-25. 2. Kee R.J., Rupley F.M., Miller J.A. CHEMKIN-II: a Fortran chemical kinetic package for the analysis of gas- phase chemical kinetics // Sandia National Laboratories Report, SAND89-8009B. – Albuquerque, United States, 1989. – P. 89.
546
3. Poinsot T.J., Lele S.K. Boundary Conditions for Direct Simulation of Compressible Viscous Flows // Journal of Computational Physics. – Amsterdam, Netherland, 1992. – № 101. – P.104-129. 4. Rogers R. C. A study of the mixing of hydrogen injected normal to a supersonic airstream // NASA Report TN D-6114. – Washington, United States, 1971. – P. 53.
Моисеева Е.С. Көлденең үрлемелі ағыншасы бар жылдамдығы дыбыс жылдамдығынан жоғары ағынның көпкомпонентті газ қоспасын сандық зерттеу Түйіндеме. Жылдамдығы дыбыс жылдамдығынан жоғары турбулентті ауа ағысына көлденең үрленген сутегі ағыншасының әсерлесуі Рейнольдс бойынша орташаланған Навье-Стокс теңдеуі арқылы шешіліп, үшінші ретті дәлдіктегі ENO-сұлбасын қолдана отырып сандық моделі жасалды. Якоби матрицасын анықтағау үшін тәуелсіз айнымалылар бойынша қысымның туындысын есептейтін қосымша эффективті газ араласының адиабатының көрсеткіші енгізіледі, сонымен қатар эффективті айқын емес алгоритм шешімі тұрғызылды. Қысымның Үрлемелі-соқпаның құрылымына және сутегінің ауа ағынына қаншалықты терең енгендігі зерттелді. Сутегінің көлденең ену ағыны үшін сандық нәтижелері тәжірибедегі мәліметтерге дәл келді.
есепсіз параметрі, Навье-Стокс теңдеуі.
Moisseyeva Ye. Numerical investigation of supersonic flow of multicomponent gaseous mixture with transverse jet injection Summary:An interaction of the supersonic turbulent airflow and the transverse injected hydrogen jet is numerically simulated by solving the Reynolds averaged Navier-Stokes equations with the use of the ENO scheme of the third order of accuracy. Additionally, the effective adiabatic parameter of the gas mixture, which allows one to calculate the derivatives of the pressure with respect to independent variables, is introduced for determining the Jacobian matrices and thus to construct the effective implicit algorithm of the solution. The influence of the jet pressure ratio on the shock wave and the depth of the hydrogen penetration into the airflow is studied. The comparison of the numerical results for the hydrogen penetration into the crossflow with the experiment data shows good agreement.
УДК 621.384.328
Мухамедяров Р.Д., 2 Дабаев А.И., 3 Краснов Г.А. 1,3
Институт аэрокосмического приборостроения, РФ г. Казань, 2 ТОО «Казгеозонд», г. Алматы, Республика Казахстан
аэрокосмической системы дистанционного зондирования Земли (ГАКС ДЗЗ). Видеотепловизионные изображения земной
поверхности, формируемые оптико-электронной аппаратурой ГАКС ДЗЗ,
обрабатываются алгоритмами по современной технологии – Метод видеотепловизионной генерализации Мухамедярова (МВТГМ). Сопоставляя сформированные по МВТГМ синтезированные видеотепловизионные изображения объектов земной поверхности с первоначальными изображениями этих объектов в видимом и инфракрасном диапазонах спектра излучения можно получить на одном «аналитическом уровне» взаимное расположение того, что находится над (под) земной поверхностью и под водой на различных глубинах или определить техническое состояние объекта (например, инженерного сооружения) в различные времена года и суток в статике и динамике. Интерпретируя синтезированные видеотепловизионные изображения объектов специалисты различных отраслей знаний (геологи, геофизики, механики и др.) получают качественно новую информацию по физическому состоянию исследуемого объекта. Технология МВТГМ апробирована на работах по решению задач экологии, геотехногенных проблем городского хозяйства, трубопроводных систем, инфраструктуры морских портов. Используя технологию МВТГМ в ГАКС ДЗЗ возможно в оперативном режиме отследить и предсказать все стихийные и геотехногенные катастрофы нашего дома – планеты Земля.
Дистанционное зондирование Земли.
Сегодня в период мирового кризиса аэрокосмическое дистанционное зондирование Земли с авиационных и космических носителей является наиболее быстрорастущим сегментом аэрокосмической промышленности в наиболее промышленно развитых странах, в том числе странах Евроазиатского региона. 547
В этой зарождающейся сфере услуг работают наиболее подготовленные кадры еще с советских времен в странах СНГ и наиболее продвинутая молодая поросль зарождающей евроазиатской интеграции. Появление новых фундаментальных идей и новых супертехнологий в этом зарождающемся сегменте евроазиатской интеграции скорее закономерность, однако, как я неоднократно высказывался по этому поводу [1-12], требует очень большой координации сил и ресурсов, как в странах СНГ, так и в мировом сообществе. Наш дом – планету Земля, как объект исследования с точки зрения аэрокосмического мониторинга в оптическом диапазоне длин волн [1-15] можно рассматривать как гигантскую термодинамическую открытую геосистему, своего рода тепловую машину, которая характеризуется процессами обмена веществом и энергией с окружающей космической средой, включающей как внутренние части нашей планеты, так и мировое пространство. Обмен веществом и энергией между компонентами геосистем является фактором, определяющим ее внутреннее единство. Планета Земля и Солнце существуют в виде материи – вещества, разогретые до определенных температур на поверхности Т
=257 К и Т с =5770 К в среде реликтового излучения фотонов, соответствующее температуре глубочайшего холода Космоса 2,7 К. Термодинамическая теория таких тепловых машин известна, при этом приращение энтропии
,
Q Э
где ∆Q – количество приращения теплоты при температуре Т. Коротковолновое тепловое излучение, приходящее на Землю от Солнца, составляет около Е с
=230 вт/м 2 и соответствует температуре поверхности Солнца около Т с =5770 К, тогда средняя плотность потока энтропии с поверхности Земли составит
м вт Т Т Е Э с с 2 3 / 1 1 1 3 4 , при Т 3 =257 К
Структура и динамика процессов, протекающих в ландшафтной сфере в поверхностных слоях Земли, зависят от количества энергии, поступающей в геосистему. Процессы эволюции и самоорганизации на Земле происходят в тонком слое земной поверхности, состоящем из скальных и осадочных пород, вод и атмосферы. Эволюция и самоорганизация выражается в виде геологических, атмосферных и биологических процессов. Процессы эволюции и самоорганизации на планете Земля происходят за счет разности (градиента) температур между поверхностью Солнца или поверхностью Земли, с одной стороны, и температурой космического пространства, с другой стороны. Лучшие аэрокосмические тепловизоры-радиометры на сегодняшний день обладают температурной чувствительностью, то есть эквивалентной шуму разностью температур Т Э = 0,1÷0,3 К, что на два порядка больше предельных для этого атмосферного окна 8÷14 мкм величин, обусловленных шумами фона. Это означает, что объем информации о коэффициентах отражения от различных объектов эквивалентен информативности глаза при освещенности на 4 порядка меньше средней дневной освещенности, что соответствует глубоким сумеркам. При наблюдении объектов на поверхности Земли в безоблачную погоду коэффициент контраста составляет не более чем величину sin 2 75° = 0,933, тогда вариации температуры пересчитываются в вариации излучательной способности с коэффициентом 4ε ср /βТ 3 ·100%=1,39% град -1 . Но для проникновения в глубину геологических структур ландшафта и предсказывания стихийных и геотехногенных ситуаций в нашем доме – планете Земля, понадобился принципиально новый метод повышения температурной чувствительности – метод видеотепловизионной генерализации Мухамедярова (МВТГМ) [6-14]. Метод видеотеповизионной генерализации Мухамедярова (МВТГМ) основан на прикладных следствиях двух лемм-гипотез, выдвинутых и активно используемых автором с 80-тых годов прошлого столетия [1-14]: - «тепловое излучение помнит о своем происхождении»; - «глубинная структура Земли полупрозрачна в оптическом диапазоне длин волн». Существенная новизна МВТГМ состоит в следующем. Предшествующие карты теплового поля
548
Земли основываются на контактных методах определения температур в скважинах с помощью датчиков, число которых ограничено. Поэтому распределение температур, получаемое этими методами, необходимо дискретное. МВТГМ позволяет получить континуальную картину распределения температур, и в этом его качественное отличие от контактных методов. Практически реализуется эффект непрерывного зондирования и выявления аномалий плотности Земли по глубине по соответствующим аномалиям температурного поля, полученного с использованием весовой функции, на основе трехмерной пирамиды вклада теплового излучения элементов земной коры в результирующее излучение элемента поверхности . При этом имеет место фундаментальное соотношение: ℓ Т р =const, где – элемент пространственного разрешения, Т р – эквивалент шумовой радиационной температуры, характеризующий основные функциональные параметры аэрокосмической аппаратуры видеотепловизионной съемки, ℓ=2,5÷2,72. Фактически производится размен пространственного и спектрального разрешения на температурную чувствительность, а степень генерализации МВТГМ определяется рядом целочисленных величин 1, 2, 3, 4, 5 и т.д., причем первый слой является исходным тепловым аэрокосмическим цифровым изображением. Для
определенных классов
геолого-геофизической среды
[10] и инженерных сооружений [7-9, 11-13] α и β могут быть и дробными и позволяют выбрать величину глубины проникновения h i при каждой ступени генерализации N, как по пространственному, так и спектральному разрешению[6,14], а также вид генерализации, например, среднее гармоническое при β=α-1, α=0 для суммирования различных слоев по теплопроводности. Предлагаемый способ позволяет вести поиск аномалий температурного поля Земли с глубиной, то есть определять области аномалий массо-энергетического обмена в различных геолого- геофизических слоях Земли. Это достигается тем, что аэрокосмические цифровые тепловизионные изображения обрабатываются по предложенному способу, в частности, на основе модели трехмерной пирамиды вклада теплового излучения элементов Земной коры в результирующее излучение в области окружающего элемента поверхности δ
Для оценки глубины проникновения h N на уровне слоя N используется, полученное Мухамедяровым Р.Д., следующее соотношение:
4 N 2 N Н h Н h 2 2 Т 2 N + + = δ δ (1)
где N – номер горизонтального слоя; h T – предполагаемое расстояние от объекта исследования до земной поверхности; H – расстояние от датчика съемочной аппаратуры до земной поверхности; δ – угловое пространственное разрешение съемочной аппаратуры, рад. Нулевым слоем является панхроматическое изображение, изображение, полученное за счет отражательных характеристик объектов в видимом диапазоне электромагнитных волн, а первым слоем генерализации является тепловое изображение объектов земной поверхности, полученное при съемке в окне прозрачности атмосферы 7,5-13,5 мкм оптического диапазона волн, или, соответственно, из выражений 1 и 5 при N=1. Из этого следует, что проникающая способность исходного теплового изображения h 1 равна величине полпикселя . 2 , 1
x h Видеотепловизионные аэрокосмические съемки привязаны к радиометрической температуре TB PB 4
, где – излучательная способность объекта поиска, TB – термодинамическая температура, 2 × (1,4,9,16,25 и т.д.) – площади при каждой степени генерализации. В частном случае, когда ищется подземное месторождение воды или подтопление вдоль трассы трубопровода, температура радиационная близка к температуре термодинамической, измеренной в скважине при длине волны излучения m = 11 мкм, ε = 0,99153 TB TB B PB T T T 998
, 0 4 .
В этом случае при длине волны принимаемого теплового излучения m = 11 мкм температура радиационная соответствует термодинамической температуре подземных источников воды с точностью 0,2% [3]. Еще лучше для тарировки аэрокосмических данных в зимнее время и в полярных районах
549
использовать тепловое излучение льда при длине волны излучения λ m =10,5 мкм ε л =0,994, при которой температура радиационная соответствует термодинамической температуре с большей точностью . 9985
, 0 4 ТЛ ТЛ л РЛ T Т Т Излучательная способность различных типов земной поверхности - суши колеблется в пределах = 0,8 0,97, поэтому суша днем нагревается за счет солнечного облучения, а ночью остывает. Геотермический градиент вглубь Земли характеризует изменение температуры с глубиной h
h T Т Г ) (
(2) и служит для определения областей неоднородностей теплового поля и их границ по глубине проникновения h в плоскости заданного разреза q ∑ = q k +q кв +q n ,
(3)
где q - плотности тепловых потоков, обусловленных соответственно, кондуктивной теплопроводностью, конвенцией и лучистым обменом (излучением);
– теплопроводность материалов геофизической подосновы. Наибольшая дифференциация горных пород
наблюдается по
коэффициентам теплопроводности (или обратной величине – тепловому сопротивлению ŕ), что можно выявить по второй производной температуры вглубь Земли h.
– теплопроводность возрастает с увеличением плотности горных пород и зависит от степени газо -, водо-, нефтенасыщения. Также можно построить прирост горизонтального геотермического градиента температур
L T h T G ) ( ,
(4) где Т Т температура по горизонтали L. Полная аппаратурная реализация технологии МВТГМ возможна в рамках международного проекта под названием «Аэрокосмическая система мониторинга и предсказания природных и техногенных катастроф, выявления термодинамической структуры геологической среды для поиска полезных ископаемых» («Око Земли - Всёвидящий глаз»), осуществляемого в рамках ООН для реализации в программе межправительственных соглашений. Для выполнения международного проекта «Око Земли - Всёвидящий глаз» необходимы следующие условия [7-8]: 1. Не менее шести спутников на геостационарной орбите по экватору Земли объединены в две группировки по три спутника (рис.1) – вершины двух треугольных плоскостей, условно рассекающих Землю по экватору в виде «Звезды Давида». Геометрические размеры и угловое положение обоих треугольных плоскостей определяются лазерными дальномерами (с точностью ± 1 мм) и звездными датчиками на спутниках (с точностью 0,5 ÷ 1 угловых сек.). 2. На больших инженерных сооружениях, таких как Великая китайская стена (длиной 7300 км), мосты, плотины, атомные и тепловые электростанции, устанавливаются теодолиты-дальномеры. Они одновременно работают по спутнику и по отражателям, установленным на сложных инженерных сооружениях. За счет этого достигается создание глобальной позиционной системы с точностью 1 мм за счет большой избыточности. 3. На спутниках, функционирующих на геостационарной орбите, устанавливается высокочувствительная радиометрическая аппаратура видимого и теплового диапазонов МТР, а также аппаратура с разрешением 1440 м в тепловом (дальнем инфракрасном) и 360 м в видимом диапазоне, а на спутниках, функционирующих на солнечно-синхронной орбите высотой H=700 км, - высокочувствительная радиометрическая аппаратура видимого с пространственным разрешением 70 м и теплового диапазонов 140 м с захватом на местности 136˚4’ (5H=3500 км). Угловое разрешение δ многоспектрального тепловизора-радиометра (МТР), устанавливаемого на геостационарной орбите Н=35880 км для проникновения в центр Земли
6377
при числе ступеней генерализации N = 225 должно быть равно δ=1,5777∙ 3 10 рад (ε = П/2∙10 -3 рад), при этом видимые диапазоны оптического спектра (нулевой слой) могут иметь разрешение на порядок лучше δ
В ≈ 1,57∙10 -4 рад (δ
В = П/2∙10
-4 рад).
550
4. На высотах от 50 м до 6000 м используется видеотепловизионная аппаратура сверхвысокого разрешения от 1 до 120 мм и температурным разрешением порядка 0,01 К, устанавливаемая на дирижаблях, беспилотных летательных аппаратах, вертолетах, встроенных в глобальную систему позиционирования с определением пространственного положения с точностью ± 1 мм. Таким образом, для предсказания места, времени и мощности стихийных бедствий и техногенных катастроф при функционировании глобальной аэрокосмической системы к указанным выше необходимым условиям требуется использовать технологию МВТГМ, которая генерализацией через
специальные интегральные преобразования позволяет довести температурную чувствительность до 1∙ 5 10 ÷ 1∙
6 10 К, что приводит к эффекту послойного (1 ÷ 225 слоев) проникновения вглубь Земли и непрерывному контролю движения литосферных плит толщиной 25 ÷ 35 км, вызывающих скольжение, растяжение или разрывы (разломы), а также к более качественному и количественному описанию термодинамического состояния инженерных сооружений и технологических установок. Технология МВТГМ позволяет синтезировать множество аэрокосмических видеотепловизионных картин-образов одного и того же объекта в различных спектральных N диапазонах оптического спектра. Сопоставляя их с первоначальными снимками видимого и ближнего инфракрасного диапазонов данного объекта, можно получить на одном «аналитическом уровне» взаимное расположение того, что находится над (под) землей и под водой на разных глубинах или определить техническое состояние инженерных сооружений в различные времена года и суток в статике и динамике [6-15]. На следующем этапе интерпретации дешифрированных снимков специалистами различных отраслей знаний: геологами, геофизиками, механиками – специалистами по неразрушающему контролю можно получить качественно новую информацию. В том месте инженерного сооружения, где намечается предразрушение дифференциал (градиент) температуры резко изменяется, и может произойти разрыв. Но эти величины изменения термодинамической температуры очень малы - порядка 0,001 ÷ 0,00001 К, но используя предложенный метод видеотепловизионной генерализации МВТГМ, их можно обнаружить и отслеживать. Дистанционное отслеживание столь малых изменений температур открывает новую страницу для предсказания техногенных катастроф и стихийных бедствий. В различных изданиях и справочниках температура ядра Земли Т
колеблется в пределах Т я =
3000 К ÷ 20000 К. По закону Вина (следствие закона Планка [3]) максимум спектра излучения вычисляется из соотношения рад мкм const T я m 2 2896 и равно мкм m 58 , 0
при
50000
и
мкм m 29 , 0
при
10000
. При таких температурах и высоких давлениях глубинные структуры Земли от центра км h я 6377
до глубин h ≈ 2000 км практически оптически прозрачны для ультрафиолетового, видимого и ближнего инфракрасного собственного излучения, и из трех составляющих (7) кондуктивной теплопроводности, конвективным и лучистым теплообменом (излучением), именно последняя, играют основополагающую роль в термодинамике Земли. Последующие слои Земли вблизи поверхности, то есть от 2000 км до поверхности Земли – первый слой 1
сдвигает спектр собственного излучения в дальний инфракрасный спектр в окно прозрачности атмосферы ∆λ=7,5 мкм ÷ 13,5 мкм и здесь геологические среды становятся полупрозрачными, о чем свидетельствуют работы Мухамедярова Р.Д. [7-15]. В связи с тем, что видеотепловизоры, создаваемые в ЗАО «Институт аэрокосмического приборостроения» и за рубежом, имеют различные пространственные, спектральные и радиометрическое разрешения, и устанавливаются на различные носители (спутники, самолеты, беспилотные летательные аппараты, дирижабли), то при последовательном увеличении высот носителей происходит естественная генерализация.
551
Объединение свойств естественной генерализации и МВТГМ позволяет расширить сферу предлагаемых услуг на два порядка и охватить весь спектр геологоразведочных и геотехногенных задач во всех материках и регионах земного шара (таблица 1).
Таблица 1 Уровни геотермического зондирования аэрокосмических видеотепловизионных съемок
Уровень генерализации Пространственное разрешение Глубина проникновения (км) и масштаб по глубине Масштаб по горизонтами 1. Космический 1.1. Фундаментальный 6,4 км-56,33 км 710-6378 М 1÷:500000 М 1÷2000000
М 1÷1000000 М 1÷4000000 1.2. Глобальный 800-6400 м 9-710
М 1÷:100000 М 1÷500000
М 1÷500000 М 1÷2000000 1.3. Континентальный 90-1000 км 9-110
М 1÷:50000 М 1÷250000
М 1÷100000 М 1÷1000000 1.4. Региональный 15-90 м 1-9
М 1÷20000 М 1÷100000
М 1÷50000 М 1÷200000 1.5. Локальный 15-60 м 0,4-6
М 1÷10000 М 1÷50000
М 1÷20000 М 1÷100000 1.6. Сверхлокальный 2-60 м 0,4-3
М 1÷5000 М 1÷40000
М 1÷8000 М 1÷60000 2. Авиационный (дирижабли, самолеты, вертолеты, беспилотные летательные аппараты) 2.1. Обзорный 2-20 м
0,2-2 М 1÷1000 М 1÷10000
М 1÷4000 М 1÷40000 2.2. Детальный 0,2-2 м 0,02-0,2 М 1÷100 М 1÷1000
М 1÷400
М 1÷400 2.3. Сверхдетальный 0,02-0,5 м 0,002-0,05 М 1:10 М 1:50
М 1÷20
М 1÷100 Рис. 1.
552
На сегодняшний день коллективом ЗАО «Институт аэрокосмического приборостроения» отработаны на конкретных объектах уровни генерализации с существующих спутников и их аппаратуры:
разделы по геотраверсу Татсейс – 2003 до глубины 100 км от поверхности по Северо-Татарскому и Южно-Татарскому сводам и по г. Казань (рис.2) [12]
Тараба (Нигерия) [14, 15]. Локальный и сверхлокальный -на территории г. Казани (рис. 3) и г. Перми по задачам урбанизации и геотехногенных проблем в городском хозяйстве и морских портов Тамань и города Туапсе (Россия).
Черном море (Россия) и на реке Оке (Россия) с видеотепловизионной съемки с вертолетов КА-32, Ми-8 и Ми-2.
оценка глубин залегания газопроводов, нарушения изоляции [16], участки предразрушения моста через р. Волга в г. Ульяновске. Таким образом, более половины предложенных технологий в рамках международного глобального аэрокосмического мониторинга уже отработаны и предлагаются как услуги в штатном режиме.
Рис. 2. Landsat-7 (ETM+). Синтез TIR +PAN. Слой 021. H = 210 м. Масштаб: М 1:200000
553
Рис 3. Первоначальный план строительства многоэтажных зданий поселка “Северный Залесный”, совмещенный с блоково-разломной структурой
Алгоритмы МВТГМ нацелены на выявление и картографирование следующих новых нефтегазопоисковых факторов: - генерализация ИК теплового поля – на селективное отображение блоково-морфоструктурного строения (геодинамических блоков и граничных разрывов) по структурным этажам; - эквипотенциальная термометрия – на выявление внутренних термодинамических неоднородностей блоковых морфоструктур; - линеаризация (синтезирование трех-четырех ИК зон, улучшение пространственного разрешения и последующая эквипотенциальная термометрия) - на выделение зон сжатия, растяжения, разупрочнения и разуплотнения горных пород с лучшими коллекторскими свойствами, в состав которых входят и зоны флюидоперетоков и флюидонакопления структурного и неструктурного типов. Используя технологию МВТГМ и получив экспериментальные данные с будущей Глобальной аэрокосмической системы дистанционного зондирования Земли, можно будет конкретно определить, какая истинная температура в нижних мантиях Земли и каков их физический состав по распределению излучательной способности по длинам волн [15], а самое главное в оперативном режиме отслеживать и предсказывать все стихийные и геотехногенные катастрофы нашего дома – планеты Земля.
ЛИТЕРАТУРА 1. Мухамедяров Р.Д. Оценка одного класса дробно-линейных отображений оптических сигналов дистанционного зондирования. Исследования Земли из Космоса. № 3, 1980, с. 84-90. 2. Мухамедяров Р.Д., Тимофеев В.Н. О поляризационных характеристиках собственного излучения морской поверхности. Изв. АН СССР, сер. Физика атмосферы и океана, т.17, № 11, 1981, с.1178-1183. 3. Мухамедяров Р.Д. Теория и разработка оптико-электронных систем с симметричным входом. Докторская диссертация. 1991 г.
554 4. Мухамедяров Р.Д. Детермированный синтез оптико-электронных систем с симметричным входом. Оптический журнал. № 9, 1993. 5. Мухамедяров Р.Д. Приборы для дистанционного зондирования Земли в оптическом диапазоне длин волн. Оптический журнал. № 9, 1993. 6. Мухамедяров Р.Д., Харисов Р.И. Способ измерения температуры // Патент РФ № 2086935 от 10.01.1994 г. 7. Мухамедяров Р.Д. Аэрокосмический мониторинг состояния нефтегазопроводов и экологии окружающей среды. Волга-бизнес, спец. выпуск, Самара, 1997, с.17-23. 8. Мухамедяров Р.Д. Аэрокосмический мониторинг, методология и инструментальное обеспечение. Наука и техника в газовой промышленности, 2000, № 2, с. 89-93. 9. Мухамедяров Р.Д. Метод видеотепловизионной генерализации и его аэрокосмическое аппаратурное оснащение. Интервал, № 9(44), Самара, 2002, с. 59-62. 10. Христафорова Н.Н. Зависимость между тепловыми и упругими свойствами горных пород. Георесурсы, № 4(12), 2002, с. 9-10. 11. Мухамедяров Р.Д. Практические возможности видеотепловизионной генерализации и ее аэрокосмическое аппаратурное оснащение. Российский форум «Авиакосмические технологии и оборудование». Сборник докладов, г. Казань, 2002, с. 165-170. 12. Мухамедяров Р.Д. «Око Земли» - аэрокосмическая система мониторинга. Аэрокосмический курьер. 2006. № 3 (45). С. 44-45; 2007. № 2 (50). С. 74-75. 13. Мухамедяров Р.Д. Метод видеотепловизионной генерализации аэрокосмических съемок для решения геотехногенных задач. Сборник докладов V Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы урановой промышленности», Алматы, 18-20 сентября 2008, с. 319-334. 14. Туманов В.Р., Мухамедяров Р.Д., Дабаев А.И. Поиски месторождений урана типа несогласия методом видеотепловизионной генерализации. Сборник докладов V Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы урановой промышленности», Алматы, 18-20 сентября 2008, с. 315-318. Гатауллин Р.Н., Мухамедяров Р.Д., Харисов Р.И. Метод видеотепловизионной генерализации, основанный на многоспектральной съемке. Геодинамика, глубинные строения, тепловое поле Земли, интерпретация геофизических полей. Пятые научные чтения Ю.П. Булашевича 06-10 июля 2009 г., Екатеринбург, с. 350-354. Мухамедяров Р.Д., Краснов Г.А. Аэрокосмический мониторинг трубопроводного транспорта методом видеотепловизионной генерализации. Энергетика Татарстана,. 2014. №2 (34), с. 3-11.
Мuhamedyarov R.D., Dabayev А.I., Кrasnov G.А. жүктеу/скачать 35,33 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|