Plume (suyuqlik dinamikasi) - Plume (fluid dynamics)

Yog'ning boshqariladigan kuyishi, tutun tutuni hosil bo'lishi

Yilda gidrodinamika, a shlyuz yoki a ustun bir suyuqlikning boshqasi bo'ylab harakatlanadigan vertikal tanasi. Bir nechta ta'sir suyuqlikning harakatini, shu jumladan impuls (harakatsizlik), diffuziya va suzuvchanlikni (zichlik farqlari) boshqaradi. Sof samolyotlar va toza shlaklar mos ravishda impuls va suzish effektlari bilan boshqariladigan oqimlarni aniqlang. Ushbu ikki chegara orasidagi oqimlar odatda majburiy shlyuzlar yoki suzuvchi samolyotlar deb ta'riflanadi. Boshqa kuchlar yoki dastlabki harakat bo'lmasa, kiruvchi suyuqlik ko'tarilishga moyil bo'lganda "suzish ijobiy" deb ta'riflanadi. Shlangi suyuqligi zichligi uning atrofidan kattaroq bo'lgan holatlar (ya'ni harakatsiz sharoitda uning tabiiy tendentsiyasi cho'kib ketadi), lekin oqim uni vertikal ravishda bir oz masofani bosib o'tishi uchun etarlicha boshlang'ich momentumga ega bo'lib, salbiy ko'taruvchidir.^[1]

Harakat

Odatda, shlyuz o'z manbasidan uzoqlashganda, u tufayli kengayadi qiziqish uning atrofidagi atrofdagi suyuqlikning. Plum shakllariga atrofdagi suyuqlikdagi oqim ta'sir qilishi mumkin (masalan, plum bilan bir yo'nalishda esayotgan mahalliy shamol birgalikda oqadigan oqimga olib keladigan bo'lsa). Bu odatda dastlab "suzish kuchi ustun bo'lgan" shlyuzni "momentum-dominant" ga aylanishiga olib keladi (bu o'tish odatda "deb nomlangan o'lchovsiz raqam bilan taxmin qilinadi Richardson raqami ).

Oqim va aniqlash

Shlangi bor-yo'qligi yana bir muhim hodisa laminar oqim yoki turbulent oqim. Odatda laminadan turbulentga o'tish mavjud, chunki shlyuz uning manbasidan uzoqlashmoqda. Ushbu hodisani sigaretaning tutuni ko'tarilib borayotganida aniq ko'rish mumkin. Agar yuqori aniqlik talab etilsa, suyuqlikning hisoblash dinamikasi Plumlarni simulyatsiya qilish uchun (CFD) foydalanish mumkin, ammo natijalar ularga sezgir bo'lishi mumkin turbulentlik modeli tanlangan. CFD ko'pincha amalga oshiriladi raketa tuklari, bu erda gazsimon tarkibiy qismlarga qo'shimcha ravishda quyultirilgan faza tarkibiy qismlari ham bo'lishi mumkin. Ushbu turdagi simulyatsiyalar juda murakkablashishi mumkin, shu jumladan yonishdan keyin va termal nurlanish va (masalan) ballistik raketa uchirishlar tez-tez issiq raketa shlyuzlarini sezish orqali aniqlanadi. Shunga o'xshab, kosmik kemalar menejerlari ba'zan to'siq qo'yish bilan shug'ullanishadi munosabatni boshqarish tizimi g'ildiraklar quyosh nurlari massivlari va yulduz izlovchilar kabi sezgir quyi tizimlarga tushadi.

Sigaretadan chiqayotgan tutun oqimida ham aniq ko'rinadigan yana bir hodisa shundaki, oqimning etakchi qismi yoki boshlang'ich plyusi ko'pincha halqa shaklida bo'ladi.girdob (tutun halqasi ).^[2]

Turlari

Ifloslantiruvchi moddalar erga qo'yib yuborilgan erga tushishi mumkin er osti suvlari, olib boradi er osti suvlarining ifloslanishi. Natijada ifloslangan suv tanasi suv qatlami shlyuz deb ataladi, uning ko'chib o'tuvchi qirralari plumon frontlari deb nomlanadi. Plumlar joyni aniqlash, xaritada aniqlash va o'lchash uchun ishlatiladi suvning ifloslanishi ifloslanish tarqalish yo'nalishlari va tezligini aniqlash uchun suv qatlamining umumiy suv havzasi va plumon jabhalarida.^[3]

Plyuslar katta ahamiyatga ega atmosfera dispersiyasini modellashtirish ning havoning ifloslanishi. Havoning ifloslanishi mavzusidagi klassik asar Gari Briggs tomonidan yaratilgan.^[4]^[5]

A termal plum bu issiqlik manbai ustida ko'tarilgan gaz natijasida hosil bo'ladigan narsa. Gaz ko'tariladi, chunki issiqlik kengayishi iliq gazni atrofdagi sovutuvchi gazga nisbatan kamroq zich qiladi.

Shlangi oddiy modellashtirish

Juda oddiy modellashtirish to'liq ishlab chiqilgan, turbulent shlyuzlarning ko'plab xususiyatlarini tekshirishga imkon beradi.^[6]

Odatda bosim gradyani shlyuzdan uzoqroq gradus tomonidan o'rnatiladi deb taxmin qilish kifoya (bu taxmin odatdagiga o'xshash) Bussinesqga yaqinlashish ).
Shlangi bo'ylab zichlik va tezlikni taqsimlanishi oddiy Gauss taqsimotlari bilan modellashtirilgan yoki shlyuz bo'ylab bir xilda qabul qilingan ("shlyapa" modeli deb nomlangan).
Plumga tushish tezligi mahalliy tezlikka mutanosib.^[7] Dastlab doimiy deb o'ylangan bo'lsa-da, so'nggi ish shuni ko'rsatdiki, mashg'ulot koeffitsienti mahalliy Richardson raqamiga qarab o'zgarib turadi.^[8] Kuchlanish koeffitsienti uchun odatiy qiymatlar vertikal reaktivlar uchun 0,08 va vertikal, suzuvchi shlyuzlar uchun 0,12 ga teng, egilgan plyonkalar uchun esa mashqlar koeffitsienti 0,6 ga teng.
Ko'p holatlarda oqimni to'liq tavsiflash uchun massa (shu jumladan, tortishish) va impuls va ko'tarilish oqimlarining saqlanish tenglamalari etarli,^[7]^[9] Oddiy ko'tarilgan shlyuz uchun bu tenglamalar shilimshiqning doimiy yarim burchak ostida taxminan 6 dan 15 darajagacha kengayishini bashorat qilmoqda.

Gauss shlyuzlarini modellashtirish

Gauss shlyuzlari modellari bir nechta suyuqlik dinamikasi stsenariylarida, masalan, tutun yig'indisi yoki daryoda chiqadigan ifloslantiruvchi moddalar kabi eritilgan moddalarning kontsentratsiyasini taqsimlashni hisoblash uchun ishlatilishi mumkin. Gauss taqsimotlari fiknik diffuziyasi bilan o'rnatiladi va gauss (qo'ng'iroq shaklida) taqsimotiga amal qiladi.^[10] Bir o'lchovli oniy manbaning kutilayotgan konsentratsiyasini hisoblash uchun biz massani ko'rib chiqamiz ${ displaystyle M}$ bir zumda, bir o'lchovli sohada chiqarilgan ${ displaystyle x}$ . Bu quyidagi tenglamani beradi:^[11]

${ displaystyle C (x, t) = { frac {M} { sqrt {4 pi Dt}}} exp left ({ frac {(x-x_ {0}) ^ {2}} { 4D (t-t_ {0})}} o'ng)}$

qayerda ${ displaystyle M}$ vaqt ichida chiqarilgan massa ${ displaystyle t = t_ {0}}$ va joylashuvi ${ displaystyle x = x_ {0}}$ va ${ displaystyle D}$ bu diffuzivlikdir ${ displaystyle left [{ frac {{ text {m}} ^ {2}} { text {s}}} right]}$ . Ushbu tenglama quyidagi to'rtta taxminni keltirib chiqaradi:^[12]

Massa ${ displaystyle M}$ bir zumda chiqariladi.
Massa ${ displaystyle M}$ cheksiz domenda chiqariladi.
Massa faqat diffuziya orqali tarqaladi.
Diffuziya kosmosda farq qilmaydi.^[10]

Galereya

Plumlar

Bug 'shlangi sanoat manbalaridan
Katta tabiiy konvektsiya shlyuzi
Yadro portlashi a hosil qilishi mumkin qo'ziqorin shaklidagi termal shlyuz.

Shuningdek qarang

Adabiyotlar

^ Tyorner, J.S. (1979), "Suyuqliklarda suzish effekti", Ch.6, s.165 - &, Kembrij universiteti matbuoti
^ Tyorner, J. S. (1962). Neytral atrofdagi boshlang'ich plum, J. Fluid Mech. jild 13, pp356-368
^ Fetter, CW. Jr.1996 ifloslantiruvchi gidrogeologiya
^ Briggs, Gari A. (1975). Plume Rise bashoratlari, 3-bob Havoning ifloslanishi va atrof muhitga ta'sirini tahlil qilish bo'yicha ma'ruzalar, Duanne A. Haugen, muharrir, Amer. Uchrashdi Soc.
^ Beychok, Milton R. (2005). Stak gazining tarqalishi asoslari (4-nashr). muallif tomonidan nashr etilgan. ISBN 0-9644588-0-2.
^ Scase, M. M., Kaulfild, C. P., Dalziel, S. B. & Hunt, JC R. (2006). Vaqtga bog'liq bo'lgan shlyuzlar va oqim kuchlari kamayib boruvchi oqimlar, J. Fluid Mech. jild 563, pp443-461
^ ^a ^b Morton, B. R., Tyorner, J. S. va Teylor, G.I. (1956), Ta'minlanadigan va oniy manbalardan turbulent tortishish konveksiyasi, P. Roy. Soc. Lond., Vol. 234, 1-bet - &
^ Kaminski, E. Tait, S. va Carazzo, G. (2005), O'zboshimchalik bilan suzish qobiliyatiga ega samolyotlarda turbulent tortishish, J. Fluid Mech., Vol. 526, s.361-376
^ Vuds, A.V. (2010), Tabiatdagi turbulent shlyuzlar, Annu. Rev. Fluid Mech., Vol. 42, 391-412 betlar
^ ^a ^b Konnoli, Pol. "Gauss shlyuzi modeli". shaxsiy sahifalar.manchester.ac.uk. Olingan 25 aprel 2017.
^ Heidi Nepf. 1.061 Atrof muhitdagi transport jarayonlari. Kuz 2008. Massachusets Texnologiya Instituti: MIT OpenCourseWare, https://ocw.mit.edu Litsenziya: Creative Commons BY-NC-SA.
^ Variano, Evan. Atrof muhit oqimlarida ommaviy transport. Berkli.

[1] Tyorner, J.S. (1979), "Suyuqliklarda suzish effekti", Ch.6, s.165 - &, Kembrij universiteti matbuoti

[2] Tyorner, J. S. (1962). Neytral atrofdagi boshlang'ich plum, J. Fluid Mech. jild 13, pp356-368

[3] Fetter, CW. Jr.1996 ifloslantiruvchi gidrogeologiya

[4] Briggs, Gari A. (1975). Plume Rise bashoratlari, 3-bob Havoning ifloslanishi va atrof muhitga ta'sirini tahlil qilish bo'yicha ma'ruzalar, Duanne A. Haugen, muharrir, Amer. Uchrashdi Soc.

[5] Beychok, Milton R. (2005). Stak gazining tarqalishi asoslari (4-nashr). muallif tomonidan nashr etilgan. ISBN 0-9644588-0-2.

[6] Scase, M. M., Kaulfild, C. P., Dalziel, S. B. & Hunt, JC R. (2006). Vaqtga bog'liq bo'lgan shlyuzlar va oqim kuchlari kamayib boruvchi oqimlar, J. Fluid Mech. jild 563, pp443-461

[morton_turb-7] Morton, B. R., Tyorner, J. S. va Teylor, G.I. (1956), Ta'minlanadigan va oniy manbalardan turbulent tortishish konveksiyasi, P. Roy. Soc. Lond., Vol. 234, 1-bet - &

[8] Kaminski, E. Tait, S. va Carazzo, G. (2005), O'zboshimchalik bilan suzish qobiliyatiga ega samolyotlarda turbulent tortishish, J. Fluid Mech., Vol. 526, s.361-376

[9] Vuds, A.V. (2010), Tabiatdagi turbulent shlyuzlar, Annu. Rev. Fluid Mech., Vol. 42, 391-412 betlar

[connolly_model-10] Konnoli, Pol. "Gauss shlyuzi modeli". shaxsiy sahifalar.manchester.ac.uk. Olingan 25 aprel 2017.

[11] Heidi Nepf. 1.061 Atrof muhitdagi transport jarayonlari. Kuz 2008. Massachusets Texnologiya Instituti: MIT OpenCourseWare, https://ocw.mit.edu Litsenziya: Creative Commons BY-NC-SA.

[12] Variano, Evan. Atrof muhit oqimlarida ommaviy transport. Berkli.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]