Файл: Мучник, В. М. Физика грозы.pdf

Н. В. Красногорская [92, 93, 95] исследовала также влияние на коагуляцию капель сопоставимых размеров зарядов капель и сов­ местного действия зарядов и электрического поля.

Таблица 6

Коэффициенты эффективности соударения заряженных капель сопоставимых размеров в вертикальном электрическом поле.

По Н. В. Красногорской [95]

Данные табл. 6 представлены для r/R = 0,5. Из них следует, что совместное влияние зарядов и поля может быть весьма большим, в особенности для капель малых размеров. Для величин разно­ именных зарядов порядка 3 - ІО-17—3 *ІО-18 Кл коэффициент эф­ фективности соударения отличен от нуля (К~0,2) для капель, лежащих в области, для которой гравитационная коагуляция равна нулю. Однако уже для капель, которые могут коагулиро­

приближением к единице значение зарядов возрастает. Так, с уве­ личением r/R от 0,6 до 0,8 для капель с Д = 10 мкм происходит весьма заметное увеличение коэффициента эффективности соуда­ рения, хотя число сталкивающихся капель из-за уменьшения их относительной скорости падает.

Как уже упоминалось выше, Сартор и Миллер [499] уточнили вычисленные Хокингом [339] значения гидродинамических сил взаимодействия капель для близких расстояний между ними. При таких расстояниях электростатические силы оказывают большое влияние на величину коэффициента эффективности соударения. Поэтому авторы произвели вычисления для капель близких раз­

27

В табл. 7 в графах 4 и 5 представлены значения К, вычислен­ ные согласно Сартору и Миллеру (С. и М.) и Хокингу (X.). В гра­ фах 6 и 7 приведена разность между электростатическими коэф­ фициентами (/<э) и чисто гидродинамическими (Кг)- Различия между вычислениями Сартора и Миллера, с одной стороны, и Хо­ кинга — с другой, существенны только для случаев слабых полей и зарядов. В сильных полях при больших зарядах на кацлях это различие невелико. Таблица 7 может служить дополнением к дан­ ным табл. 5 и 6, полученным Красногорской.

Т а б л и ц а 7

Коэффициенты эффективности соударения заряженных капель сопоставимых размеров в вертикальном электрическом поле. По Сартору и Миллеру [499]

Девис [275] указал, что для весьма малых расстояний между каплями (0,001 R и меньше) не следует применять значения гид­ родинамических сил взаимодействия капель, вычисленные Хокин­ гом. Однако Девис встретился с рядом затруднений и поэтому использовал решения Хокинга для гидродинамических сил и свое решение [274] для электростатических сил взаимодействия капель, чтобы вычислить К. Он решил эту задачу для заряженных капель, заряженной и незаряженной капель и нейтральных капель в элек­ трическом поле. При этом Девис полагал, что заряд связан с ра-

28

диусом капли соотношением q= <x(4nR2), где а имеет размерность напряженности поля. Он обнаружил, что электрические силы вы­

ную скорость соударения, примерно на три порядка большую, чем такие же капельки, на которые не действуют электрические силы.

При рассмотрении влияния электрического поля на коагуля­ цию капель всегда принимается во внимание только его верти­ кальная составляющая. Такой подход предопределен историей ат­ мосферно-электрических исследований. Почти все исследования касались вертикальных градиентов электрического поля, поскольку

29

причиной его возникновения считались заряды на поверхности земли и в ионосфере. Очень мало уделялось внимания горизон­ тальным составляющим электрического поля в атмосфере, обус­ ловленным объемными зарядами. Однако уже из измерений И. М. Имянитова [56] следует, что далее при ясной погоде гори­ зонтальные градиенты у поверхности земли могут быть того лее порядка, что и вертикальные. В частности, в облаках конвектив­ ной природы, в которых объемные заряды особенно велики, гори­

ванных капелек как диполей, пренебрегая взаимодействием мульти­ полей более высокого порядка. В качестве уравнения движения жидкости вокруг капли Линдблад и Семонин использовали выраже­ ние, полученное Проудманом и Пирсоном [474] для малых чисел Рейнольдса комбинированием решения Осеена для далеких от капли областей с решением Стокса для областей вблизи капли. На рис. 9 приведены результаты вычислений для нейтральных капель радиу­

на коагуляцию капель сильно отличающихся размеров только в том случае, если напряженность заметно превышает ІО4 В/м. Различие

30