Составители:
Рубрика:
Глава 2
АЭРОМЕХАНИКА МНОГОФАЗНЫХ СИСТЕМ
Предметом изучения аэромеханики аэрозолей (некоторые авторы употребляют термин
«гидродинамика аэрозолей») являются законы их движения в самом общем случае.
Знание законов аэромеханики аэрозолей необходимо для исследования диффузии и
седиментации частиц в атмосфере; взаимной коагуляции частиц и закономерностей их осаждения на
облачных элементах (каплях, снежинках); для забора аэрозольных проб и осаждения частиц на
препятствиях. Основным фактором, определяющим особенности движения аэрозольных частиц в
потоке, является зачительно большая их масса по сравнению с молекулами среды (частицы намного
более инерционны, чем молекулы газа).
Механика аэрозольных частиц характеризуется тем, что из трех сил, действующих на
частицу: внешних, сопротивления среды и сил взаимодействия между частицами, последние
значительно меньше первых двух, ими в большинстве случаев можно пренебречь и тогда
рассматривать движение частиц как независящие друг от друга. Однако в облаках часто необходимо
учитывать и силы взаимодействия между облачными частицами.
Основной метод изучения - моделирование движения аэрозолей с помощью двух сплошных
взаимопроникающих сред, обладающих разными скоростями ( метод псевдожидкости). Одна из двух
сред - газ, другая конструируется из аэрозольных частиц и называется аэрозольной жидкостью.
Обычно в уравнение аэромеханики частиц вводится поправка на эффект их взаимодействия.
Простейшим случаем динамики аэрозолей является равномерное движение частиц сферической
формы под действием постоянноой силы. Уравнения движения частиц в общем виде получаются из
известных положений классической гидродинамики.В ряде случаев уравнение движения
аэрозольной жидкости можно свести к уравнению движения отдельной аэрозольной частицы в
некотором среднем поле скоростей газообразной среды. Это целесообразно делать, например, для
почти монодисперсных аэрозолей, а также в случаях, когда важно знать поведение частицы вблизи
препятствия (инерционное осаждение).
Следует отметить, что описание явлений переноса частиц в воздущной среде затрагивает
более широкий круг задач, чем описываемые уравнения аэромеханики. Перемещение частиц может
быть вызвано молекулярно-кинетическими процессами в газовой среде, например, броуновская
диффузия, термофорез. При этом могут происходить параллельно различные явления тепло и
массообмена,а также фазовые переходы, что существенно осложняет описание перемещения
аэрозолей в атмосфере[15, 40-45].
2.1. Движение частиц в воздушных потоках
Уранения Навье - Стокса. В большинстве задач, связанных с движением аэрозольных и
облачных частиц в воздушной среде, можно предполагать, что воздух несжимаем и его температура
постоянна, т.е. ρ = const, T = const . Математическое описание состояния движущейся жидкости
тогда можно осуществить с помощью четырех функций: трех компонентов скорости (u) и давления
(p).Первое уравнение для такой жидкости является следствием условия несжимаемости:
0u
=
div
(2.1)
Выделим некоторую массу жидкости объемом V,ограниченную замкнутой поверхностью
S
*
, движущуюся вместе с жидкостью. В соответствии с феноменологическим принципом Коши
предполагается, что для S
*
существует распределение вектора напряжений m, которое эквивалентно
полю сил, действующих на жидкость, заключенную внутри S
*
, со стороны жидкости, расположенной
вне этого объема. При этом вектор m в фиксированный момент зависит только от положения и
ориентации элемента поверхности S
*
, что позволяет ввести тензор напряжений M, связанный с m:
m = M ⋅
⋅⋅
⋅ n, где n- внешняя нормаль к поверхности S
*
. Изменение количества движения жидкости,
находящейся внутри объема, за единицу времени равно силе, действующей на этот объем жидкости:
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
- …
- следующая ›
- последняя »
