Турбулентная диффузия и атмосферная турбулентность

Турбулентная диффузия взвешенных в атмосфере частиц представляет не только узко специальный интерес для физиков-теоре-тиков и метеорологов, но является также проблемой большой практической важности. Распространение дыма промышленных предприятий приобрело в настоящее время серьезное значение в связи с охраной общественного здоровья. В сельском хозяйстве инсектициды нередко применяются в виде аэрозолей для получения равномерного осадка на почве, воде или растениях, а в некоторых случаях и для нанесения на летящих насекомых. Распространение спор грибков, вызывающих различные болезни растений, и перенос пыльцы и других дыхательных аллергенов — примеры других практически важных случаев атмосферной диффузии. Законы турбулентной диффузии в атмосфере применяются также при изучении распространения ядовитых газов, выпадения радиоактивной пыли, образующейся при атомных взрывах, и при маскировке военных объектов дымовыми завесами. [c.271]

Мы не будем здесь приводить результатов численных расчетов по выражению (11.36), так как оно не вполне соответствует действительным условиям атмосферной диффузии. В самом деле, как было показано ранее, коэффициенты турбулентной диффузии различны для координат х, у, 2и зависят от расстояния от трубы по направлению ветра, т.е. от координаты х. Однако данная формула правильно отражает зависимости локальной приземной концентрации аэрозоля от основных параметров процесса рассеяния. Во-первых, эта концентрация экспоненциально зависит от квадратов высоты трубы и поперечной координаты и, во вторых, расстояние от трубы по ветру всегда стоит в знаменателе, как предэкспоненциального множителя, так и показателя экспоненты (обычно в степени от 1 до 2). Это же свойство относится и к коэффициенту турбулентной диффузии. [c.296]

В пределах жидкой фазы перенос молекул растворенных веществ осуществляется молекулярной диффузией, конвекцией и турбулентной диффузией. Несмотря на различие в диффузионных коэффициентах в жидкостях и газах (в газах при атмосферном давлении коэффициенты диффузии на 3—4 порядка больше, чем в жидкостях), перенос в жидкости не обязательно протекает медленнее, поскольку молярные плотности и градиенты концентраций в них выше. Поэтому при анализе переноса в жидкостях необходимо оперировать величинами диффузионных потоков, включающих значения кинетических коэффициентов и градиенты концентраций. [c.135]

Механизм нанесения капель на листья растений многообразен и сложен. Крупные капли при слабом ветре оседают на листья в основном под действием силы тяжести, сверху вниз, т. е. главным образом на верхнюю сторону листьев. Более мелкие капли осаждаются на листья под действием сил инерции (при увеличении их ветром или воздушной струей вентиляторного опрыскивателя), т. е. главным образом на наветренную сторону листьев. В обоих случаях осаждение происходит преимущественно на листья верхней или наружной наветренной части кроны (стеблестоя). При этом важную, еще недостаточно исследованную роль играет атмосферная турбулентность, вызывающая как осаждение капель вследствие турбулентной диффузии, так и движение самой мишени, т. е. листьев. При осаждении наиболее мелких, микронных частиц (например, при обработке растений термомеханическим аэрозолем) приобретают важное значение и другие механизмы осаждения — термо- и диффузиофорез, броуновская диффузия. [c.233]

Распространение загрязнений в воздухе происходит в результате атмосферной диффузии, теоретические основы которой интенсивно развиваются в последние годы в связи с глобальной проблемой охраны окружающей среды [1, 6]. Имеется несколько групп факторов, определяющих пространственное поле концентраций загрязнений атмосферы [7]. К ним относятся такие характеристики источников загрязнений, как расположение их по поверхности земли, мощность и режим инжектирования примесей в атмосферу, физико-химических параметры загрязнений при выходе их из источников (например, скорость и температура выбрасываемых газов). Загрязнения переносятся воздушными течениями и путем диффузии, обусловленной турбулентными пульсациями воздуха. Для описания переноса загрязнений ветром необходимо иметь сведения о вертикальном профиле ветра при различных метеорологических условиях. [c.18]

Классическая статистическая теория дает описание атмосферной турбулентности в терминах ее интенсивности, шкалы и спектральных свойств. Она позволяет изучить историю движения индивидуальных частиц и определить статистические характеристики, необходимые для описания диффузии. [c.58]

Теперь подытожим все важнейшие выводы, касающиеся процессов перемещивания внутри стратосферы и через тропопаузу, полученные из анализа поведения различных трассеров. Следует иметь в виду, что практически во всех случаях мы регистрируем лишь абсолютные приращения или убыли концентраций исследуемых примесей. Без детального знания необходимых коэффициентов турбулентной диффузии и характера воздущных течений такие абсолютные значения не позволяют нам сделать вывод о том, обусловлены ли они турбулентной диффузией вдоль градиентов концентрации или всецело атмосферной циркуляцией. На рис, 68 представлена схематическая диаграмма всех процессов обмена, обнаруженных в результате наблюдений. В случае, когда обмен обусловлен перемешиванием воздушных масс или когда не имеется достаточного подтверждения того, что обмен обусловлен упорядоченным перемещением воздуха, стрелки на рисунке направлены в обе стороны. Возможность упорядоченного переноса водяного пара, а также, вероятно, и озона над тропической тропопаузой указана широкими стрелками. Используя эту схему, мы проведем анализ процессов обмена различных примесей, которые представляют интерес для изучения стратосферного перемешивания и циркуляции. [c.325]

ТУРБУЛЕНТНАЯ ДИФФУЗИЯ И АТМОСФЕРНАЯ ТУРБУЛЕНТНОСТЬ [c.277]

Пока еще не может быть предложена единая физико-математическая модель, способная объяснить и учесть все многочисленные аспекты проблемы атмосферной диффузии. В настоящее время существуют два главных подхода к решению задачи о рассеянии вещества в движущейся жидкой или газообразной среде в зависимости от тех или иных факторов, характеризующих среду и источник, — это теория градиентного переноса (или полуэмпирическая теория диффузии) и статистическая теория диффузии. Полуэмпирическая теория основана на свойствах движения примеси (в том числе и частиц аэрозоля) относительно системы координат, фиксированной в пространстве, т.е. она является эйлеровой. По сути дела, полуэмпирическое уравнение турбулентной диффузии аэрозолей [c.284]

При исследовании горизонтальной (поперечной) диффузии более оправданным является статистический подход, основанный на описании атмосферной турбулентности в переменных Лагранжа. Здесь принимается, что каждая индивидуальная диффундирующая частица движется случайно, причем ее координаты во времени изменяются по закону марковского случайного процесса. В физическом плане это означает, что интенсивность атмосферной турбулентности, характеризуемая в полуэмпирической теории коэффициентами и проявляется через дисперсии положения примеси а , а и где = [х(х) - х(0)] — дисперсия координаты х движущейся частицы примеси, определяющаяся через соответствующую лагранжеву корреляционную функцию скоростей или по наблюдениям за видимыми очертаниями дымовой струи. Аналогичный смысл имеют дисперсии а и а,. При этом составляющие коэффициента турбулентной диффузии могут быть выражены в виде [c.286]

Описанная трактовка атмосферной турбулентной диффузии в математическом плане полностью аналогична процессу перемещения частицы при случайном блуждании (броуновском движении). И здесь вероятность переноса частиц из одной точки пространства в другую определяется некоторой функцией плотности вероятности у, удовлетворяющей условию [c.286]

Для расчета требуется выбор подходящих коэффициентов вихревой диффузии Су и Сг, которые являются функцией направления ветров, степени турбулентности и других факторов. Они могут быть выбраны для соответствующих атмосферных условий и высоты дымового облака из табл. 1-6. [c.40]

Влиянием осевой молекулярной диффузии при остаточных давлениях выше 1 мм рт. ст. и реальных скоростях пара можно пренебречь. Из уравнения (1У-5б) следует, что при турбулентном режиме понижение давления должно несколько интенсифицировать массообмен. Эти выводы подтверждены экспериментальными данными, в том числе по ректификации воды [75], откуда вытекает также тот факт, что для пониженных давлений применимы уравнения, полученные для атмосферного давления. [c.113]

Эффекты дифференциальной аэрации, способные, как уже указывалось, вызывать опасное разъедание трубопроводов, также могут быть причиной повреждений. Если скорость коррозии контролируется диффузией кислорода, то различия концентрации могут не иметь большого значения. На алюминии, например, в зависимости от скорости движения среды кислород может либо ликвидировать повреждения пленки, либо деполяризовать катод [97]. Это —Другой пример двоякой роли кислорода, описанной в разд. 3.4. Неожиданное разъедание может быть вызвано также градиентом температуры в результате, например, деполяризации контролирующей реакции. Важна также дисперсность фаз, в особенности в критических условиях конденсации, при которых возникновение тонких пленок влаги облегчает доступ кислорода для катодной реакции, что может заметно увеличить скорость коррозии, как это уже было указано в разд. 2.7 об атмосферной коррозии. Турбулентность в узких сечениях коммуникационных сетей химических установок также может вызвать существенное усиление разъедания. [c.164]

Проведенный в 3 анализ показывает, что с приемлемой для практических нужд точностью можно для расчета импульса концентрации и плотности осадка использовать формулы полуэмпирической теории атмосферной диффузии. Знание этих величин позволяет проводить анализ характера распределения вещества в пределах требуемой ширины захвата в зависимости от скорости ветра, высоты выброса, интенсивности турбулентного массообмена, размера частиц, мощности генератора. Примеры, рассмотренные в 3, показывают, что размер частиц является одним из главных факторов, регулируя который можно коренным образом изменять характер распределения. [c.131]

При изучении атмосферной диффузии, как отмечалось выше, обычно пользуются осредненными характеристиками турбулентности, концентрации примеси С и плотности ее отложений на земле g. Однако при мгновенном или движущемся непрерывном точечном источнике примеси местные значения g определяются не только средними, но и случайными кратковременными пульсациями скорости ветра I] и концентрации С. Поэтому наряду с определенными закономерностями для средних значений g в опытах наблюдаются местные флуктуации этой величины. [c.85]

Таким образом, для расчета процесса распространения аэрозоля, вводимого в атмосферу в виде вертикальной турбулентной струи, имеются необходимые предпосылки формулы, определяющие высоту подъема капель струей, и формулы теории атмосферной диффузии тяжелой примеси от источника (см. главу И). [c.123]

Ограниченный объем книги не позволяет включить даже более чем краткое упоминание о турбулентности и диффузии в атмосфере. Однако значение этой проблемы для химической технологии все возрастает, поскольку рассеяние атмосферных загрязнений стало наиболее сложной задачей для промышленности. Превосходной темой для обзора были бы сбор и краткое описание количественной информации, требуемой при проектировании труб для рассеивания определенного количества газов, содержащих загрязняющие атмосферу вещества, чтобы удовлетворить предельно допустимым концентрациям их в приземном слое воздуха. [c.164]

Следует отметить, что вредные вещества могут выделяться не только из оборудования, находящегося под давлением, но также и из оборудования, в котором поддерживается разрежение или атмосферное давление. В первом случае выделение происходит наиболее интенсивно и причиной его является разность давлений. Во втором случае проникновение вредных веществ из оборудования в помещение происходит при наличии внутри оборудования высоких концентраций вредных веществ вследствие диффузии (молекулярной и турбулентной). Этот процесс менее интенсивен, чем процесс истечения из оборудования, находящегося под давлением, но все же количества [c.7]

Согласно уравнению (5-3) осевая концентрация меняется с расстоянием по закону С х К Однако уже первые экспериментальные исследования атмосферной диффузии, проведенные до второй мировой войны в Портоне (Англия), выявили качественные расхождения с формулой (5.3). Так, согласно этим экспериментам, концентрация изменялась по закону С [42]. Причиной таких расхождений является качественное отличие турбулентной диффузии от молекулярной. Коэффициенты турбулентной диффузии не являются постоянными величинами, а зависят от размеров облака примеси, поскольку в каждый момент времени рассеивание облака определяется в основном вих-)ями, соизмеримыми с ним по величине (см. А. Н. Колмогоров 21], А. М. Обухов [22]). [c.68]

Необходимые условия корректности Д. п. м. 1) значит, превышение концентрации атмосферного реагента над концентрацией реагента, вводимого в зону р-ции 2) достаточно малая линейная скорость потока вводимого реагента, обеспечивающая практически во всей зоне р-ции диффузионный массоперенос 3) для термометрич. варианта-отсутствие хим. и неконтролируемых физ. возмущений в зоне р-ции ти введении в нее датчика т-ры. ДИФФУЗИОФОРЕЗ, см. Электроповерхностные явления. ДИФФУЗИЯ (от лат. diffusio-распространение, растекание, рассеивание), перенос частиц разной природы, обусловленный хаотич. тепловым движением молекул (атомов) в одно-или многокомпонентных газовых либо конденсир. средах. Такой перенос осуществляется при иаличии градиента концентрации частиц или при его отсутствии в последнем случае процесс наз. самодиффузией (см. ниже). Различают Д. коллоидных частиц (т. наз. броуновская Д), в твердых телах, молекулярную, нейтронов, носителей заряда в полупроводниках и др. о переносе частиц в движущейся с определенной скоростью среде (конвективная Д ) см. Массообмен, Переноса процессы, о Д. частиц в турбулентных потоках см. Турбулентная диффузия. Все указанные виды Д. описываются одними и теми же феноменологич соотношениями. [c.102]

Одной из задач исследования пылей, дымов и туманов является выяснение свойств отдельных частиц, другой задачей — изучение свойств аэрозолей как систем Исследование свойств индивидуачь-ных частиц дало много ценных данных, особенно для понимания процессов образования аэрозолей, их движения, диффузии, оптических и эчектрических свойств Однако нередко аэрозоли приходится рассматривать как системы, аналогичные газам, особенно при изучении атмосферных аэрозолей и турбулентной диффузии аэрозолей (иногда с учетом их седиментации под действием силы тяжести) Объектами исследования некоторых оптических свойств аэрозолей например при маскировке предметов дымовыми завесами, также служат не отдельные частицы, а системы частиц [c.13]

Если частицы смога коагулируют 1ак же, как частицы дыма, то при исходной концентрации 10 частиц1см за 3,5 ч число частиц уменьшится примерно вдвое, а спустя 8 ч — в 20 раз Трудно сказать, что происходит в действительности, когда в воздух из различ ных источников непрерывно поступают новые аэрозольные ча стицы Уайтлоу-Грей и Паттерсон считают, что число аэрозольных частиц в атмосферном воздухе опреде пяется динамическим равно весием между скоростью поступления частиц и скоростью их уда ления за счет коагуляции седиментации и турбулентной диффузии Как установил Мисам , среднее время жизни частиц дыма в атмо сфере над Англией равно шести дням, и большое количество за грязнений в конце концов выдувается в море [c.368]

Успех в разработке модели загрязнения воздушного бассейна зависит от понимания законов распространения загрязняюших веществ. Основными факторами, определяющими распространение загрязняющего вещества, являются адвекция (горизонтальный перенос) и вертикальная диффузия. Скорость ветра отражает не только механизм переноса примесей, но и атмосферную турбулентность. [c.56]

Появление градиента /[Х]/й 7приводит к диффузионным потокам Р — переносам X из слоя с большей в слой с меньшей [X]. При этом учитываются не только градиентная молекулярная диффузия, но и термо-, и турбулентная диффузии, т.е. задача расчета X =/(7) требует учета и химии, и физики атмосферных процессов. Значимость диффузионного фактора возрастает с уменьшением X, т.е. с увеличением 7 и уменьшением ХА ,[5],. Если же это произведение настолько велико, что для X характерное время жизни т = 1Д,[8], намного меньше характерного времени диффузии, то членом ЪР в (В-42) для частицы X можно пренебречь. [c.260]

Рассматриваемые исходные вещества до их адсорбции и продукты реакции до их десорбции должны транспортироваться к поверхности катализатора или от нее через газовую фазу. Скорость, с которой происходят эти процессы, зависит от температуры, давления и скорости течения газа относительно поверхности. При нетурбулентном течении газа скорость массопередачи может быть относительно низкой и может действительно задерживать развитие реакции. В промышленных реакторах следует избегать такого положения, так как при давлениях, равных или выше атмосферного, самым медленным процессом часто является молекулярная диффузия. Когда реакция происходит в проточной системе, скорость газа обычно достаточно велика, чтобы массопередача происходила по механизму турбулентной диффузии. В таких условиях общая скорость реакции обычно не зависит от скорости массопередачи. Если N — скорость массопередачи на единицу поверхности ж кв — коэффициент массопередачи, то N может быть выражена через движущую силу, вызывающую массонередачу. Движущая сила будет представлять собой разность парциальных давлений в газовой фазе и слое у поверхности раздела газ — твердое тело. Таким образом, [c.403]

Согласно терминологии, принятой в теории атмосферной диффузии, поле пшеницы, зараженной ржавчиной, можно рассматривать как плоскостной непрерывно действуюший источник оседаюшей примеси (с поверхности зараженных растений ветер сдувает уредоспоры, которые рассеиваются благодаря турбулентной диффузии в окружающем воздухе и при этом непрерывно оседают по Стоксу с малой скоростью W, порядка 1 см/с). [c.184]

Турбулентная диффузия проявляется при рассеянии дыма,, выходящего из дымоходной трубы. Турбулентность вызывает перемешивание и перенос дыма в окружающую атмосферу. В ряде мест, где атмосферная турбулентность отсутствует, дым, образующийся над поверхностью земли, рассеивается главным образом молекулярной диффузией. Это приводит к серьезной проблеме загрязненности воздуха, так как вещество значительно медленнее переносится молекулярной диффузией, чем турбулентной. [c.443]

Таким образом, степень загрязнения атмосферы при штиле определяется его продолжительностью. При малых скоростях ветра загрязнение атмосферы зависит от устойчивости преобла-даюшего направления ветра и интенсивности турбулентности ветрового потока. Концентрация примеси при слабом перемешивании определяется минимально возможным коэффициентом атмосферной диффузии. [c.113]

При давлениях, низких к атмосферному, и т-рах 2000— 5000 К р-ции происходят в квазиравновесных условиях. Конечный результат таких р-ций определяется обычными кинетич. и термодинамич. 1акоиомерностями с учетом диффузии, турбулентного переноса и макроскопич. перемещи-вания реагентов. В этих условиях могут образоваться соед., не существующие при обычных т-рах, напр. АЬО, А10, соед., состоящие из неск. атомов углерода (от 2 до 9), и др. [c.446]

В этой главе мы перейдем от индивидуальных частиц к аэрозольным облакам в целом, представляющим собой неустойчивые системы частиц, которые в процессе переноса по ветру рассеиваются турбулентными вихрями, выпадают на землю и вымываются дождем. Поведение аэрозольных облаков в свободной атмосфере сильно зависит от метеорологических факторов, подробное обсуждение которых выходит за рамки этой книги. Здесь мы попытаемся лишь указать на значение некоторых из этих факторов, отсылая читателя к Микрометеорологии Сеттона и к Атмосферной диффузии Паскуилла — исчерпывающему критическому обзору последних работ по атмосферной диффузии и распространению примесей от промышленных и других источников. [c.271]

Частицы аэропланктона распространяются в атмосфере пассивно, т. е. так же, как и неживые частицы, в результате тех же процессов они увлекаются ветром, диффундируют в результате броуновского движения и турбулентных пульсаций скорости и направления ветра. Поэтому распространение аэропланктона в атмосфере определяется главным образом процессами атмосферной диффузии. То же самое относится к процессам осаждения этих частиц на различных объектах на поверхности Земли как и в случае обычных аэрозольных частиц, осаждение происходит под действием сил тяжести сил инерции, электростатических сил, в результате тер-мофореза, диффузиофореза и т. п. Что же касается попадания частиц аэропладктона в атмосферу, то оно может происходить путями, характернымн и для неживых частиц (сдувание с поверхностей, дробление жидкости, высыхание взвешенных капель и т. п.), но в ряде случаев происходит и активно, т. е. в результате жизнедеятельности тех или иных организмов. [c.168]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология