Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Общие указания. Процесс испарения облачных капель представляет собой молекулярную диффузию водяного пара в направлении от капли в окружающее пространство




ИСПАРЕНИЕ, КОНДЕНСАЦИОННЫЙ И КОАГУЛЯЦИОННЫЙ РОСТ ОБЛАЧНЫХ КАПЕЛЬ

 

Процесс испарения облачных капель представляет собой молекулярную диффузию водяного пара в направлении от капли в окружающее пространство, а процесс конденсации пара на капле - диффузию пара в обратном направ­лении, т.е. в направлении поверхности капли. Прииспарении парциальное давление насыщения водяного пара и насыщающая удельная влажность в воздухе вблизи поверхности капли Ек больше, чем в окружающем пространстве е, при конденсации пара на капле - наоборот (е > Ек).

Испарение со всей поверхности капли W пропорциональноее радиусу rк и перепаду удельных влажностей вблизи капли qк и в воздухе qв на расстоянии r.

W = 4p r D (qк – qв) rк (1)

где D – коэффициент молекулярной диффузии водяного пара в воздухе, r - плотность воздуха. Из формулы (1) можно получить скорость умень­шения размера капли при испарении.

(2)

или после преобразования формула (2) примет вид:

(3)

где с = гПа с, r к – плотность капли, Т0 = 273°К.

Увеличение радиуса капли при конденсационном росте выражается аналогичной формулой:

(4)

Ек определяется по температуре поверхности капли, е – по температуре и относительной влажности воздуха. Вследствие того, что пересыщение в облаке Df часто задается в %, т.е.

е – Ек = , то пренебрегая различием температур Т и Т0, получим:

(5)

Время испарения капли от радиуса r1 до r2 (если капли полностью испарятся, то r2 = 0) можно рассчитать следующим образом:

(6)

Время конденсационного роста капли:

(7)

Если капля достаточно большая ( 100мкм), то следует учитывать влияние обтекания

капли воздухом посредством ветрового коэффициента F, зависящего от размера капли:

r, мкм        
F 0,1 0,5 1,8  

 

Тогда формула (6) примет вид:

(8)

а формула (7) преобразуется:

(9)

Путь, проходимый каплей в процессе конденсационного ростана вели­чину dr равен:

dz = (v – w)dt = (10)

где v – скорость падения капли, w – скорость вертикальных движений воздуха. При r 50 мкм скорость падения капли можно определить по формуле Стокса:

v = 1,26 (11)

где r в см, v в см/с. После интегрирования при w = 0 формула (10) примет вид:

(12)

Дляопределения времени сублимационного роста сферической ледяной частицы Ек = Ел, а е = Е¥, т.е.:

(13)

где r1 и r2 в см, Е¥ и Ел в гПа, tсуб в секундах.

Скорость роста капли за счет гравитационной коагуляции крупной капли радиусом R с мелкими каплями радиусом r определяется по формуле:

(14)

где e - коэффициент захвата, vR и vr – скорости падения большой и малой капель, r к - плотность воды, аw - водность облака.

При R >> r и vR >> vr:

(15)

где Кгр = 3 , аw – в г/см3, r к = 1г/см3, R в см.

Время роста каплиза счет коагуляции:

(16)

Изменение радиуса капли при ее падении на пути Dz, если скорость вертикальных движений воздуха w = 0 можно рассчитать по формуле:

(17)

Задание 1

Определить время полного испарения падающих капель радиусом 500 и 1000мкм если средняя температура воздуха t °С, относительная влажность f %. Считать, что восходящие движения отсутствуют, а тем­пературы капли и воздуха равны.

Варианты исходных данных:

Вар.                    
t, °С                    
f, %                    

 

Задание 2

За какое время капля с начальным радиусом 1ммм при температуре 10°С вырастетза счет конденсации до размеров 10,50,100,1000мкм, если пересыщение в облаке составляет 0,2%, авертикальные токи от­сутствуют?

Задание 3

Какой путь в капельно-жидком облаке,имеющем температуру t °С, долж­на пройти капля с начальным радиусом 10мкм, чтобы она смогла за счет конденсации достичь размеров 50 и 100 мкм, если пересыщение Df %, а вертикальные токи отсутствуют?

Варианты исходныхданных:

Вар.                    
t, °С 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 0,2 9,0 2,0 1,0
Df, % 0,12 0,13 0,14 0,15 0,16 0,17 0,18 0,11 0,10 0,19

Задание 4

Закакое время сферическая ледяная частица радиусом 10 мкм, падающая в переохлажденном облаке с температурой -10°С, вырастет до размеров 50,100,1000мкм, если восходящие движения в облаке отсутствуют?

За счет какого процесса сублимацииили конденсации рост капли в переохлажденном облаке идет интенсивнее?

Контрольные вопросы

1.Каков механизм испарения и конденсации облачныхкапель?

2.Каковы особенности испарения крупных капель приих падении?

3.Как зависит путь, проходимый испарявшейся каплей, от влажности в подоблачном слое?

4.Как влияет температура воздуха на скорость конденсационного роста капель?

 

Задание 5

Рассчитать скорость падения капель размером 10,100, 1000мкм при отсутствии вертикальных движений в облаке.

Задание 6

Сколько облачных капель радиусом 5мкм должны слиться в кучево-дождевом облаке, чтобы образовать одну дождевую каплю радиусом 1мм?

Задание 7

Какой путь в монодисперсном облаке, состоящем из капель радиусом 5 мкм, должна пройти капля, имеющая радиус 40 мкм, чтобы за счет коагуляции она выросла сначала до 100мкм, а затем до 1000 мкм, если водность облака 0,3 г/м3, а осредненный коэффициент соударения на первом этапе роста равен 0,3; на втором этапе 0,8? Вертикальные движения в облаке отсутствуют.

Задание 8

До какого размера вырастет в процессе коагуляционного роста капля радиусом25мкм при прохождении в монодисперсном облаке с раз­мером капель 5 мкм и мощностью 500,1000,2000 м, водностью 0,2 г/м3? Осредненный коэффициент соударения составляет соответственно 0,23; 0,30; 0,50. Вертикальные движения в облаке отсутствуют.

 

Контрольные вопросы

1. Каковмеханизм коагуляции капель в облаках?

2. Как зависит скорость коагуляционного роста от водности облака? Как она зависит от

размеров растущих капель?

3.Что понимают под коэффициентом соударения, слияния и захвата?

Какзависит коэффициентсоударения от размеров капель?

4.В каком соотношении находятся между собой процессы конденсационного и

коагуляционного роста капель в облаках?

 


 

 




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2015-06-28; Просмотров: 869; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.024 сек.