12 Турбулентность воздушной среды
Турбулентность воздуха в атмосфере – главная причина рассеивания ВВ.
Турбулентность – неупорядоченное движение, которое возникает в газах и жидкостях, когда они обтекают непроницаемые поверхности.
При турбулентном движении существует неупорядоченность движения, его хаотичность, когда параметры, характеризующие это движение, непредсказуемо изменяются во времени и пространстве, но при этом могут быть выделены их точные определенные значения на основе статистических данных (область замеров достаточно велика по сравнению с геометрическими параметрами неупорядоченных зон, либо число замеров достаточно велико).
В верхней части приземного слоя наблюдается крупномасштабная турбулентность, близкая к однородной и изотропной: вызывается взаимодействием течений воздуха.
В нижней части приземного слоя турбулентность, в основном, мелкомасштабная. Влияние неровности поверхности, строения.
По мнению академика Седова ее нельзя считать однородной и изотропной, а лишь приближается к таковому.
Критерий оценки однородности и изотропности – рассеивание или диссипация энергии потоков воздуха. Наибольшая диссипация энергии происходит в нижних приземных слоях воздуха, где турбулентность мелкомасштабная.
Турбулентность характеризуется коэффициентом обмена, который аналогичен коэффициенту диффузии при молекулярных процессах:
(м2/с).
ε – величина критической энергии, диссипируемой в единице массы воздушной среды в единицу времени, м3/с.
ℓ– определенный размер объекта, м, в котором исследуется процесс турбулентного обмена.
В данной зависимости коэффициент пропорциональности близок к 0,25 и зависит от доверительной вероятности определения А и отношения максимальной и минимальной величин в опытах по определению А.
Знание параметров турбулентных потоков в приземных слоях необходимо для расчетов параметров струй выбрасываемых из источников загрязнений.
При этом определяется, например, скорость выброса, необходимая для того, чтобы пробить слой инверсии и вывести загрязнения в более высокие потоки.
Особенно в том случае, когда над слоем более теплого воздуха находится более холодный.
13 Течение струи в турбулизованной среде
Кратко, что необходимо знать: Учитывается: скорость потока (относительная), плотность, температура, геометрические параметры струи, направленность потоков.
Независимо от скорости струи и ее температуры или направленности – она не бесконечна.
Существуют условия способствующие сохранению или разрушению струи в среде. В общем случае, чем сильнее турбулизация на границе потока и струи, тем быстрее начинается ее разрушение. Чем больше и компактнее сечение струи, тем больший путь она способна пройти, пронизывая неподвижную среду. Не исключается, что усиление турбулизации «не успеет» разрушить высокоскоростной поток и он достигнет расчетной высоты.
Для ламинарного режима – наоборот. Объем газа попросту компактно всплывает вверх под действием разности плотностей сред.
Все расчеты для сложных рельефов обязательно проверяются экспериментом в аэродинамической трубе. Простые варианты – достаточно хорошо воспроизводятся.