Составители:
Рубрика:
Рисунок 4.1
Необходимо отметить, что при такой форме записи растворенное вещество влияет на
равновесие фаз также через величину поверхностного натяжения. Обычно поверхностное натяжение
увеличивается с ростом концентрации раствора. Для многих растворов σ ≅ σ
0
(1+α
1
/r
3
) (σ
0
-
поверхностное натяжение чистой воды; α
1
- некоторый коэффициент). Считается, что для
атмосферных ядер конденсации это влияние несущественно.
Если быть еще более строгими, то для описания конденсационного роста капель следовало
бы использовать две модификации уравнения (4.23): для стадии роста капли на уже растворенном
ядре и для стадии роста капли на еще не успевшем раствориться ядре[53].
Описание скорости конденсационного роста единичной капли в облаке не будет полным,
если не обсудить вопрос о влиянии движения капель в облаке на скорость их роста. Движение
воздуха относительно капель связано как с падением частиц в поле силы тяжести, так и с
турбулентными движениями самой среды. Оценки показывают, что в облаках мелкие капли
практически полностью увлекаются турбулентными пульсациями, т.е. второй фактор можно не
учитывать. Для оценки влияния первого фактора используют число Пекле (Pe), которое
характеризует соотношение между конвективным и диффузионным потоками пара к капле (Pe = v
∞
l
i
/D
v
, где l
i
-путь инерции капли; v
∞
- начальная скорость движения капли). Для капель радиусом в
несколько микрон число Пекле мало, и, следовательно, можно считать, что обдув не влияет
существенно на скорость конденсационного роста частиц.
Хотя формула (4.27) для скорости конденсационного роста капли громоздка, но и она
получена при нескольких упрощающих предположениях: не был учтен ряд факторов, влияющих на
рост капли - например, стефановское течение, обусловленное компенсирующим влиянием диффузии
остальных компонентов газа; лучистый перенос энергии; электрический заряд капли и т.д. Расчет
роста капель и оценка влияния разных факторов на скорость этого роста показывают, что для капель
любых размеров наиболее существенно влияние теплоты конденсации. Пренебрежение величиной
фазового тепла может привести к завышению скорости конденсационного роста капли на величину
от 20 до 80%. Для мелких капель существенное значение имеют скачки концентрации и
температуры, а также содержание растворенных примесей, неоднородность распределения
концентрации растворенного в капле вещества можно не учитывать, несущественным является и
движение мелких капель относительно среды.
Приведем несколько грубых оценок скорости конденсационного роста капель. Из
рассмотренных формул следует, что в первом приближении скорость конденсационного роста массы
капли пропорциональна ее радиусу, т.е. dm/dt ≅ r. Если в качестве ядра, на котором образовалась
капля, взять частицу NaCl с начальным радиусом r
0
=0,1 мкм при t = 0°C, то при δ = 0,05% капля
вырастает за счет конденсации пара до 1 мкм за 2 с, до 8 мкм - за 10 мин, до 20 мкм - за 1 ч. На
скорость конденсационного роста капли очень сильно влияет величина пересыщения пара: так, капля
с начальным радиусом 1 мкм при δ = 1% вырастает в два раза за 0,04 с, в 10 раз - за 1,25 с, в 100 раз -
за 120 с, в 200 раз - за 480 с, а при δ = 0,1% она вырастает в 2 раза за 0,35 с, в 10 раз - за 12,5 с, в 100
раз - за 20 мин, в 200 раз - за часы. Из этих примеров видно, что для образования дождевых капель (r
> 10 мкм) при пересыщениях, имеющихся в облаках, требуется несколько десятков часов.
Следовательно, процесс молекулярной диффузии не может обеспечить за «зримое» время рост
капель до размеров дождевых. С увеличением размера капли скорость роста ее радиуса замедляется,
т.е. рассмотренный подход к описанию конденсационного роста единичной капли (регулярная
конденсация) должен приводить к однородным по размеру каплям, в то время как в облаках
наблюдается достаточно широкий их спектр.
Предложены несколько рабочих гипотез различия в размерах капель, растущих за счет
конденсации. Одни исследователи связывают его с разным временем жизни капель в облаке, другие -
с различием в размерах ядер конденсации, третьи - предлагают переход к статистическому описанию
процесса роста отдельной капли, так как из-за турбулентности параметры среды, в которой
находится капля, испытывают флуктуации.
Полученные зависимости можно использовать и для расчета испарения капель в условиях
недосыщения. Такая задача имеет место при исследовании испарения капель дождя в подоблачном
слое. Для крупных капель (r > 100 мкм) при расчете их испарения необходимо учитывать изменение
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 65
- 66
- 67
- 68
- 69
- …
- следующая ›
- последняя »
