Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Бызова, Н. Л. Рассеяние примеси в пограничном слое атмосферы

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

19.10.2023

Размер:

7.53 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1516 / 2016 17 18 19 20 > Следующая >>>

тенденция отклонения

их от этой

кривой

сторону

уменьшения.

При неустойчивой

стратификации

В не уменьшается

высотой

практически

до Н = 300 м; в более

высоких

слоях до 2000 м, по

данным. Петровой

и Мирошкиной

(1967),

наблюдается

заметное

его уменьшение. Значения В при умеренной устойчивости

(класс 6)

падают с высотой

начиная с # = 70 м, а при Я^ЗОО м они почти

на

порядок

ниже,

чем при безразличной

стратификации.

Результаты разных

авторов в целом согласуются между

собой.

табл. 5.7

приведены

значения В/В0

для уровня 2 м, где В0 —

значение В при безразличной

стратификации. Сравнение

с резуль

татами, приведенными

втабл. 3.26, показывает, что данные

ИЭМа,

полученные

из диффузионных опытов,

соответствуют оценкам, вы

полненным

с помощью

соотношений

для приземного

слоя

атмо

сферы. Диапазон изменений

устойчивости

при проведении

опытов

«Прэнри Грэсс» был, по-видимому, шире.

BjB0

Таблица

5.7

Значения

для уровня 2 м по данным

табл.

5.5

и для уровня

0,5—1,5 м — по данным

табл. 5.6

По данным

Класс

устойчивости

ИЭМа

2,2

1,6

1,1

1 ,о

0,51

«Прэнри Грэсс» (б)

5,8

3,1

2,5

1,0

0,26

П р и м е ч а н и е .

Классы

устойчивости

опытах

ИЭМа

«Прэйри Грэсс» совпадают

не полностью.

Таблица 5.8

Параметры вертикальной

диффузии

при инверсии

Характер инверсии

Расположение источника

Средние

Число

HixT

случаев

Приземная

слое инверсии

0,018

0,0030

На

границе

инверсии

0,020

0,0035

Выше

границы

0,012

0,0020

Приподнятая

Выше

нижней

границы

0,036

0,0078

Ниже

нижней

границы

0,080

0,017

Данные ИЭМа, полученные при инверсиях, несмотря на их не большое число, удалось разбить на группы в зависимости от ха рактера инверсии и взаимного расположения ее границы и источ ника. Результаты приведены в табл. 5.8.

5.3. Поперечное рассеяние

Во всех теоретических рассмотрениях предполагается, что рас пределение частиц в струе или облаке в среднем подчиняется нор мальному закону. Естественно, что за счет тех или иных погреш-

постен опытов, за счет недостаточности времени измерений отно сительно мезомасштабных изменений направления ветра, т. е. не полностью обеспеченной стационарности, а в случае измерений на поверхности -земли — также за счет влияния микрорельефа и мест ных условий, экспериментально полученные распределения часто значительно отличаются от нормальных. В книге Паскуила (1962) на основании обзора экспериментальных данных показано, что эти отклонения, часто весьма значительные, не имеют, однако, сколько-нибудь систематического характера и специально рассмат

ривать их нецелесообразно. К таким же выводам	приводит	анализ
распределений, полученных во время опытов ИЭМа.
В последующих разделах анализ опытных	результатов сво
дится к определению зависимости среднеквадратичного		расстоя
ния частиц относительно оси следа оу от расстояния до		проек

ции источника х, от времени его действия Т и от высоты Я. В кон

це главы показано, что данные можно		анализировать	без учета
влияния скорости гравитационного оседания w.
5.3.1. Зависимость ау	от времени	действия источника
В гл. 2 приведены условия, при которых источник,			действую
щий равномерно в течение	времени Т,	можно рассматривать как

квазимгновенный или квазипостоянный в зависимости от соотно шений между Т, временем диффузии t — x/U и временными мас штабами турбулентности. Условия квазимгновенности источника оказываются довольно жесткими: в частности, для Я порядка 100 м значения Т должны быть существенно менее минуты. Все опыты ИЭМа практически проводились в условиях квазипостоян ности источника.

Выражения

(2.9) для этого случая при значениях Т,

лежащих

внутри инерционного

интервала,

и при

малых х

имеет

вид

(х)

~ Г 2 ' 3

X2 .

(5.16)

В общем случае при x<xL

и любых Т

можно

пользоваться вы

ражением (242) , которое легко привести к виду

= < & 2 , > Л - 2 ,

(5.17)

где

< 6 2 7 . > = ^ ( Г ) —

дисперсия

пульсаций

направления

ветра;

величину£2 (Т)

можно отождествить с коэффициентом зависимос

ти

(2.2) при а = 1.

Выражение (5.17) совпадает с выражением,

полученным для

учета времени

действия

источника

Берляндом

и соавторами

(1964)

с помощью упрощенной

схемы

диффузии,

учитывающей

только

повороты оси факела и не учитывающей ее меандрирования.

При л; > 2XL

Д Л Я

любого Т выполняется

соотношение

'\(x)

2Kvt.

(5.18)

В реальной атмосфере из-за наличия мезомасштабных колебаний направления ветра выражение (5.18) применяется практически

только для очень больших масштабов (типа				таких, которые		учиты
ваются	при глобальных исследованиях)		или же в условиях			хоро
шо выраженной		стационарности, когда	среднее направление			ветра
в течение длительного времени действительно остается					постоян
ным.
В табл. 5.9 представлены основные			сведения о сериях		опытов
ИЭМа	(Вызова,	Осипов, 1967; Осипов,	1969), специально			прове
денных для получения эмпирической зависимости величины					аг	от Т.
Два источника		устнавливались на одном		и том же уровне, при

чем время действия одного отличалось от времени действия дру

гого при идентичности всех прочих						условий.
										Таблица 5.9
	Основные сведения об опытах ИЭМа,						проведенных	для определения
				зависимости		сгу	от Т
Серия	Число	Я м	Диапазон		Диапазон Г		Стратификация		Метеорологические
Серия	парных	Я м	.V м		мин		Стратификация		измерения
	опытов
а	4	25-50 100-1000		ОТ 1 ДО 43			Неустойчивая		Обычные
б	12	25-50 100-1000		от 1 до 43			п		Измерялись пуль-
									сационные ха
в	6	2	10-152	от 0,5 до 13			Безразли чная,		рактеристики
						слегка устойчи			(энергия продоль
							вая		ной	компоненты
									<«д . > и диссипа
										ция Е)
г	3	73-97 100-2000		от 2 до 54			Неустойчивая		Обычные
Результаты			второй	и	третьей	серии в нормированном					виде
представлены на рис. 5.6, где нанесены также первая и вторая											тео
ретические		кривые (1.48)			для Т= со		и Т = 0 (масштабы			для нор
мировки xL		и гL	были	рассчитаны			по данным измерений пуль-
сационных характеристик). При правильной нормировке										следовало
ожидать, что эмпирические точки						расположатся		между		теоретиче-
скими, что и наблюдается					в действительности			при С =		X	< 1 .
скими, что и наблюдается					в действительности			при С =			< 1 .

В то же время при £ > 1 экспериментальные точки ложатся суще ственно ниже нижней предельной кривой. При этом более тща тельная нормировка, которую удалось выполнить для некоторых опытов, не исправила положения. По-видимому, причина этих рас хождений связана с присутствием низкочастотной части спектра пульсаций направления ветра, которая не учитывается при расче те кривых (1.48) и особенно характерна для неустойчивой стра тификации. По этой же причине экспериментальные отношения о у при разных Т почти не обнаруживают зависимости от х в преде-

лах исследованных расстояний. Это позволило определить эмпи рическую зависимость вида

		f	\ 0,2	(5.19)
		а г , = аг„ \| — L		(5.19)
		I	п
где ог,	и оул	— значения av при одном		и том же х для 7 = 7"i и
Т = Т0 (Осипов, 1971).
ifn \|—1—1	\| \|	\| ' \|

0,1

				J	i	1—i i	i i i		X

Рис. 5.6.	Зависимость		нормированной			ширины	следа <tylrL		от нормированного
	расстояния		E,=x/xL	по	результатам		двух серий		опытов
Значения	7"/х : /о — 8,0: /6 — 2,5;			1в — < 1,0;		га — > 10; 26 — 3,5;		5з — 1,5; 2г — 0,75; 3 и
		4 — зависимость			(1.48)	при Т=ео и 7" =0
• Зависимость		(5.19) пригодна				для оценок в интервале времен
от 1—2	мин до	1 ч и в интервале расстояний						от 5 Я до 20—ЗОЯ

при неустойчивой и близкой к безразличной стратификации. Для устойчивой стратификации она не проверялась.

5.Э.2. Зависимость	ау от Я и х
Задача о горизонтальной диффузии в неоднородном слое, в ко
тором <v2> не зависит от высоты,	а xL линейно меняется с вы-

сотой, рассмотрена в гл. 2. Показано, что нормирующие множи тели %L и rL в этом случае определяются их значениями на уровне источника, а общий характер зависимости а„ от х мало искажается неоднородностью.


На рис. 5.7 приведена зависимость ау					от х для		ряда	значе
ний Н	в предположении,	что tL	, xL\\	U-.(z) меняются			с высотой,
согласно (1-62) и (3.16),		при е 0	= 2 см, Аг		= 2, Ci =0,6. Сравнение
рис. 5.7 с рис. 4.11 (где приведена экспериментальная							зависимость
о-у от х	для диапазона высот источника от 2 до 300					м при безраз
личной	стратификации)	показывает,		что	именно	неоднородность
приземного слоя является		причиной		того, что в этом			случае	о у до

значительных х подчиняется зависимости вида (2.2) при показа теле, близком к единице, если расчет проводится для широкого диапазона высот. Зависимость ау от высоты источника при фикси рованном х невелика, но все же на линейном участке кривых

Рис.	5.7 Зависимость сту от х	для	'Неоднородного
по	высоте слоя, рассчитанная	по	(2.22) — (2.ЙЗ).
'Высота источника в метрах проставлена у кривых.
рис. 5.7 она	заметна. В экспериментальных результатах она про

является в тех случаях, когда выброс примеси одинакового со става разной окраски производился одновременно в течение оди накового или почти одинакового промежутка времени из двух ис

точников, расположенных на различных уровнях. По	результа
там девяти таких парных опытов с диапазоном высот	источника
от 49 до 300 м оказалось, что величины
	(5.20)

где угольные скобки означают осреднение по всем значениям оу(х) данного опыта, подчиняются приближенному соотношению

			^ = Ы ) •								< 5 '2 , )
которое применимо		в диапазоне				высот от 50 до 300 м для					классов
устойчивости	1—4	(индексы			в	скобках при			Ьу соответствуют ин
дексу Н). В слое от 2 до-25					м Ьу		убывает		с высотой	медленнее.
В табл. 5.10 приведены экспериментальные									отношения		b^jb12}.
Согласно	первому		из	выражений				(1.48)	при малых		лг с точ
ностью до линейного члена
		„ , w	=	Ц		, _	_	£ _ ) .			,5.22,
									Таблица 5.10
	Зависимость			параметра			поперечной		диффузии	by
			от	высоты источника Н
Класс устойчи				Я,				я,	byYlb yl
	вости			Я,				я,	byYlb yl
	4			265				169	0,90
	2			265				169	1,58
	1			301				169	1.12
	5			145				97	1,17
	3			97				49	1,13
	2			241				169	1,09
	2			169				121	1,20
	2			217				169	1,05
	3			265				145	1,21
Среднее . . .						=		1,6	1,16
Все экспериментальные значения							оу	(соответствующие			времени

действия источника 7"!> 10 мин) были разбиты на группы в зави симости от класса устойчивости и высоты источника, и для каж дой из таких групп способом наименьших квадратов были опре делены значения 1у и xL .

Результаты	расчетов	приведены в табл. 5.11 и 5.12. Можно от
метить систематическое		уменьшение / у с ростом номера	класса ус
тойчивости и с	высотой	и закономерное возрастание xL	с высо

той. Зависимость этой величины от класса устойчивости и порядок ее значений близки к значениям, полученным независимо по из меренным харктеристикам пульсаций продольной компоненты ско

рости ветра	(рис. 3.21).
Кривые	на рис. 4.11 и 4.12 проведены по способу наименьших

квадратов согласно (5.22).

									Таблица		5.11
Значения / у ,			полученные по результатам измерений ст
И м				Класс	устойчивости
	1		2	3	'1	5		6		пи

2	0,28	0,21		0,18	0,197
25	—	0,25		0,20	0,110	—		—		—
49	— '	0,18		0,18	—	—		—		—
100	0,22	0,17		0,15	0,090	0,069	0,073			—
200				—	0,085	—	0,061			0,054
300	0,17	0,16		0,16	0,075	0,086	0,068			•—
										Таблица	5.12
	Значения xL			м, полученные		по результатам		измерений			ау
Н м				Класс	устойчивости
	1		2	3	•1	5		6		пи

2	205		63	200	100	_		_		—
25	—	465		1100	3000	—		—
49	—	465		1500	—	—		—		—
100	390	550		2900	8000	2800		1440		—
200	—	—		—	4000	—		6320		6880
300	2300	2920		3900	8000	4500		4030		—
5.3.3. Степенная			аппроксимация зависимости ау						от х
Степенная аппроксимация зависимости о^от х вида									(2.2) удоб
на для построения расчетных формул						и постоянно		применяется
при анализе и обобщении				экспериментальных			данных.			Значения
показателя	степени	а и множителя			ау	зависят	от устойчивости,

диапазона расстояний х, высоты источника и времени его дей ствия. Физического смысла эта аппроксимация, в отличие от (5.22), не имеет; более того, при сравнении значений ау , полученных раз ными авторами, необходимо помнить, что эта величина имеет неудобную размерность [ м 1 - 1 ] и зависит от единиц измерения.

Обобщенные экспериментальные данные для приземных и приподнятых источников, дневных и ночных условий [МАЭ, 1968] показывают, что при времени действия источника или времени взя тия пробы 10—60 мин в диапазоне расстояний от 50 м до 5—10 км

показатель	а составляет от 0,7 до 0,9		(в среднем около 0,8), а ко
эффициент	ау связан	с дисперсией	направления ветра	соотно
шением
	ау	-— a^g = а2щ ,		(5.23)
где Og — дисперсия направления ветра в градусах, а\—				то же

в радианах; а\ составляет от 0,0065 до 0,015, а2 — от 0,38 до 0,88 при условии, что 'ву и х выражены в километрах.

В	табл. 5.13 приведены значения а и а я полученные Паскуи-
лом	(МАЭ, 1968] для источника, расположенного в приземном

Таблица 5.13

Значения ад и ау по Паскуилу (МАЭ, 1968) для приземных источников

Класс устойчивос	° 0 град	1-а	аУкм	1-а
ти	S	аУм	аУкм
А	25	0,44	0,17
В	20	0,35	0,14
с	15	0,26	0,10
д	10	0,17	0,07
Е	5	0,09	0,035
	2,5	0,045	0,02
П р и м е ч а н и е .	Класс	устойчивости	в соответствии

стабл. 5.15 (а=0,86—0,87 везде).

								Таблица 5.14
Значения			а^и а по данным Брукхэйвна				для # « 1 0 0		м
	По		Смиту	и Зингеру (1966)		По коэффициентам
Класс						Сеттона	(МАЭЙ," 1968)
		1-а		1-а		1-а			X км
устойчи	аУм				а			а
вости			а	Укм		аУкм

В,	0,44			0,21	0,91	0,20		0,92	0,05-3
Bi	0,36			0,14	0,86	0,13		0,87	0,05-10
с	0,32			0,07	0,78	0,07		0,76	0,10-10
д	0,31			0,04	0,71	0,04		0,71	0,10-80

слое атмосферы;		класс	устойчивости	обозначен в соответствии с
табл. 3.6.
Эти	данные в {МАЭ,		1968] рекомендованы		для	практических
применений в диапазоне			х от 100 м до 100 км. В табл. 5.14 зна
чения ау	и а для	#=100 м получены		в основном в		Брукхейвне;
класс устойчивости соответствует принятым в Брукхейвне типам
дымовых	струй и изменчивости направления				ветра,	характеристи
ка которых приведена в табл. 5.15.

Таблица 5.15

Характеристика типов дымовых струй, принятая

вБрукхейвне

Тип дымовой		Характеристика			°Л град	U, м/с
струи		устойчивости

А	Очень		.неустойчивое Очень боль			2
в3	состояние				шой разброс
	Умеренно		неустойчи		20	3
Bi	вое	состояние			13	7
	Слабо		неустойчивое
с	состояние			состоя	7	13
	Безразличное
. д	ние				4	5
	Устойчивое состояние
П р и м е ч а н и е .		о 0 — среднеквадратичное отклонение на
		правления		ветра, U — скорость		ветра на

высоте источника.

157

В табл. 5.16 даны значения ау и а в зависимости от класса устойчивости и высоты источника' по результатам опытов ИЭМа. На рис. 4.13 нанесена степенная аппроксимация зависимости

оу от х.

Для ряда практических применений целесообразно пренебречь отличием показателя а от 1 и пользоваться формулой

°У = ЬУХ,

(5.24)

которая, очевидно, дает меньшую ошибку при неустойчивой и без различной стратификации и несколько большую — при устойчи вой. Эмпирические значения Ьу, полученные из результатов опы тов ИЭМа, были приведены с помощью соотношения (5.19) к 20-минутному интервалу (Осипов, 1971), после чего оказалось, что они удовлетворительно разделяются по классам устойчивости. По лученные средние значения и их разброс представлены в табл. 5.17, они позволяют вести расчеты оу в интервале расстояний от 5 до 100 высот источника. В этой же таблице даны значения Ьу для #>300 м, полученные Петровой и Мирошкиной (1967), которые применяли зависимость (5.24) и получали значения ау только на расстоянии хо, где наблюдается максимальная концентрация. Эти значения оказались существенно различными для мелких частиц и крупных (песка).

В табл. 5.18 экспериментальные значения Ьу, приведенные к 20-минутному интервалу времени, даны в зависимости от класса устойчивости и высоты источника. Эти результаты обнаруживают более четкую связь с определяющими параметрами, чем размер ная характеристика av и показатель а. Отметим, что с высотой ве личина ft у уменьшается для всех классов устойчивости, хотя и немного (не более чем вдвое при изменении Я от 2 до 300 м). Для класса 4 наблюдаемая зависимость Ьу от Н согласуется с расчет ной, показанной на рис. 5.7.

	Значения		а у в [м]1- а для Я = 2			м и в [км		для	Н> 25 м и a
										Класс
Я м		1			2					3
	а	a	.V м	У 1	a		X ы	а	a	Л" М
	У			У 1				У
2	0,20	1,07	5-100	0,26	0,88	5	-150	0,19	0,97	5-150
25—97	0,14	0,72	100—900 0,14		0,78	50-1500		0,14	0,86	50—7000
100—300	0,13	0,89	200-850	0,12	0,92	600	-8500 .0,12		0,91	600—
				0,125	0,85				0,90	—12 000
2—300	0,13	0,83	5-900	0,125	0,85	5	-8500	0,12	0,90	5 - 12 000
49-300

			Ьупо												Таблица 5.17
	Значения		Ьупо	данным			ИЭМа для диапазона						высот		2—300	м и
				Петровой			и Мирошкиной				(1967)
			По доимым			ИЭМа	класс устойчивости							По данным		Петровой
			По доимым			ИЭМа	класс устойчивости								и Мирошкиной
															и Мирошкиной
		1	2			3			•1		5 и 6			мелкие		крупные
														частицы
h		0,22	0,16			0,12		0,10			0,050			0,062		0,011
h
у		0,037	0,043			0.03S		0,031			0,012			0,026		0,003
у
Н м	25-300		2-300			2-300		2-300			25-300			300-2000		500—2000
X			От		10 м д о 5- -10 км									15—40 км		1,0-20км
															Таблица 5.18
		Значения			by по данным				ИЭМа		в зависимости от					класса
						устойчивости			и высоты			источника
	И м							Класс	устойчивости
	И м		1			2		3			4			5	6
			1			2		3			4			5	6
	2		0,26			0,24		0,21		0,18				_	_
	25		—			0,21		0,18		0,15				—	—
	49		0,21			0,16		0,13		0,11			0,091		—
	73-100		0,22			0,13		0,14		0,11			0,068		0,050
100-200			0,15			0,13		0,13		0,10			0,062		0,061
	>200		0,15			0,12		0,12		0,08			0,060		0,049
Сравнение зависимости ау (х) для расстояний														от 10 до 100 км
из книги		Паскуила (1962) с приведенной									выше зависимостью про
водилось		в (Вызова,		19636). При таком							расширении				диапазона х,
как оказывается, значения а и ау									в выражении					(2.2) в		среднем
близки к значениям, применимым в										диапазоне до					Ш км. Обзор
экспериментальных				значений				ау для расстояний						до	10 тыс. км
сделан в (МАЭ, 1968).								I							Таблица 5.16
															Таблица 5.16
по данным		ИЭМа
устойчивости
		'1						5							е
а		а	X м			а		а		.V м			о		а	-V .4
У						У							У
0,15		0,97	5—150
0,11		0,82	140-8000			0,079		0,82		500 -
0,093			1000	-		0,11				12000
0,093		0,76	1000	-		0,11		0,63		1500—						.—
0,091		0,88	18000							16 000
0,091		0,88	5—18 000			—		—			—		—		—
						0,078		0,83		500 -		0,079 0,73				1200-
										16 000						го 000

159

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1516 / 2016 17 18 19 20 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ