Потоки массы «среда-облако»

Модель включает уравнения баланса массы и импульса облака, а также уравнение для изменения его относительной плотности.

Уравнение баланса массы. За счет турбулентного перемешивания на границе с окружающей средой облако может терять свое вещество, оставляя его «застрявшим» в окружающем воздухе, и получать добавочное вещество из окружающей среды, вовлекая его в свое движение.

Общепринятым является предположение, что потоки массы «облако-среда» и «среда-облако» пропорциональны площади поверхности облака и его скорости относительно окружающего воздуха.

Потоки массы «среда-облако» и «облако-среда». Наблюдения и эксперименты показывают, что в целом масса облака по мере движения возрастает.

Уравнение баланса импульса. Количество движения облака меняется в результате притока массы, а с нею и импульса из окружающей среды и в результате действия на облако архимедовой сюты. Движение облака сопровождается компенсирующими течениями в окружающей среде, вынужденной уступать ему место. При изменении скорости движения облака изменяется и скорость компенсирующих течений. Эффективная масса облака включает и массу некоторой части среды (присоединенную массу).

Уравнение для относительной плотности облака. Изменение относительной плотности облака связано с измене-ием его массы, объема и плотности окружающей среды.

Давление и плотность воздуха в среде, окружающей облако, дем считать зависящими только от высоты. Изменение объема происходит за счет обмена массой с окружающей средой и счет расширения газа при подъеме на высоту. Расширение газа будем считать адиабатическим. Тогда иение для быстроты изменения относительной плотности.

Модель облака

Загрязняющие примеси, образовавшиеся в результате сгорания или взрыва РДТТ, разбавляются воздухом, вовлекаемым в облако при его подъеме. Масса различных продуктов сгорания, приходящаяся на килограмм сгоревшего топлива, известна. Поэтому, степень разбавления продуктов сгорания удобно характеризовать массой исходного топлива, приходящейся на единицу объема воздуха в облаке – с/, кг/м3. Значение с/на уровне стабилизации Zs для трех случаев стратификации атмосферы dTJdz .

Для рассмотренных типов стратификации атмосферы наибольшая концентрация примеси в облаке и наименьшая высота ее подъема имеют место для изотермической атмосферы. С наиболее опасных продуктов сгорания в облаке в сравнении с предельно допустимой концентрацией (ПДК). Из результатов расчетов следует, что в облаке ПДК превышена только для хлора и соляной кислоты. Превышение составляет около трех порядков.

Концентрация наиболее опасных продуктов сгорания в облаке. Модель облака в приближении сжимаемой вязкоц жидкости. Необходимость учёта процессов турбулентного переноса примеси от облака к окружающей среде поставила задачу газодинамического расчёта поднятия облака агретого газа на основе полных нестационарных уравнений Навье-Стокса с последующим моделированием переноса и диффузии примеси.

Расчёт плотности, температуры и скоростей потоков газа проводился численным интегрированием по времени полных уравнений Навье – Стокса. Уравнения записаны в предположении, что коэффициент турбулентной диффузии «исленно равен коэффициенту кинематической вязкости среды.

Границы расчётной области

В уравнения также включены силы, действующие на газ со стороны пассивной примеси. Пассивная примесь имеет только вертикальную компоненту скорости относительно еды, обусловленную гравитационным оседанием.

Для описания турбулентного рассеяния энергии и импульса в уравнениях газовой динамики коэффициент молекулярной вязкости заменялся на полуэмпичический коэффициент турбулентной вязкости коэффициента, рассчитанный из полуэмпической Кс – модели турбулентности. Сущность Ке модели состоит в до6авлении к исходной системе соответствующих уравнений для кинетической нергии турбулентности К и скорости её диссипации.

На нижней границе расчётной области скорость газа берётся постоянной и равной скорости воздуха на поверхности земли. Также выставляются нулевые потоки тепла, массы, кинетической энергии турбулентности и скорости диссипации турбулентной энергии. На остальной части границы расчётной области выбраны условия протекания с экспериментальным распределением атмосферных параметров по высоте. Распределение кинетической энергии турбулентности и скорости диссипации турбулентной энергии по высоте находились из условия баланса между процессами генерации и диссипации турбулентной энергии в рамках Ке – модели турбулентности.

Рассмотрим гравитационное оседание и перенос примеси в атмосфере. Перенос примеси в среде моделировался Лагранжевыми частицами моделью случайных блужданий.