Файл: Литвинов, И. В. Структура атмосферных осадков.pdf

Капли, имеющие одинаковые диаметры и, следовательно, одинако­ вые скорости падения при определенных условиях за счет аэроди­ намических сил также приходят в соприкосновение [131]. Если капли одинакового диаметра d мкм падают одна за другой и рас­ стояние между ними не превышает 0,0166d см, то постепенно они войдут в соприкосновение. Этот эффект имеет место и в том слу­ чае, когда расстояние между траекториями капель не больше ве­ личины двух-трех их диаметров.

При столкновении капель может наблюдаться их слияние, неслпяние или дробление. В случае столкновения без слияния часто имеет место частичный обмен жидкостью между двумя каплями.

Слияние или неслияние капель при соударениях, а также их дробление при столкновении зависят от многих факторов: скоро­ сти капель, взаимного расположения траекторий падающих ка­ пель, их формы, заряда капель, степени загрязнения жидкости, влажности окружающего воздуха и соотношения фаз вибраций капель. Например, в случае одновременного вертикального вытя­ гивания капель скорости сближения их поверхностей складыва­ ются, а при сплющивании — вычитаются.

В отличие от всех других факторов, которые могут быть доста­ точно надежно измерены, соотношение фаз вибрации капель труд­ но поддается учету, что приводит к большим разбросам данных при экспериментальных исследованиях [73].

Вероятность слияния капель при соударении в первом прибли­ жении возрастает с увеличением скорости их относительного дви­ жения, ростом относительной влажности и заряда капель. Хотя общая теория слияния капель при столкновении не разработана, а экспериментальные данные в ряде случаев противоречивы, следует все же остановиться на некоторых критериях, найденных экспериментальным путем [73, 254].

Взаимодействие капель дождя происходит только при вполне определенных соотношениях между размерами капель и скоро­ стями их падения, ибо эти величины в условиях свободного паде­ ния достаточно жестко связаны однозначной зависимостью. Со­ гласно критерию, предположенному и развитому А. Д . Соловьевым [73], соударение приводит к слиянию, если величина ß, определя­

между поверхностью второй капли в точке соприкосновения и ка­ сательной к траектории первой капли в точке ее пересечения с этой плоскостью. Величины ßKp по данным различных экспери­ ментов несколько отличаются друг от друга, однако можно при­ нять, что ßKp^ 0 ,5 .

37

Когда ß?«10 слияние капель происходит полностью и образо­ вавшаяся при этом новая капля сильно вибрирует, временами превращаясь в вытянутый эллипсоид. В случае когда отношение величины большой оси эллипсоида к малой окажется более 5, эл­ липсоид распадается на несколько отдельных капель. При ß<0,5 слияние капель не происходит, т. е. наблюдается упругое столкно­ вение, однако при этом возможно образование нескольких допол­ нительных мелких капелек, которые образуются за счет разруше­ ния перемычки, соединяющей две расходящиеся капли диаметром несколько десятков микрон.

При падении капель дождя в воздухе, относительная влажность которого меньше 100%, капли испаряются. Скорость испарения

капли.

Результаты расчетов и не­ посредственные измерения ско­ рости испарения при помощи различных методов хорошо совпа­

дают друг с другом. По экспериментальным данным значения мно­ жителя F описываются кривой сложного вида (рис. 1).

Особенно велики изменения F при Re<100. Для капель большей части дождевого диапазона размеров 0,05<rf<4 множи­ тель F близок к единице. Такая сложная зависимость, по-види­ мому, объясняется различным характером обтекания при различ­ ных числах Рейнольдса [85]. Как известно, при R e< 8 имеет место безвихревое обтекание, при Re~8 начинают образовываться стационарные вихри, при Re=65 течение становится нестационар­ ным и сопровождается колебанием всего потока [12]. Положение характерных точек перегиба на кривой рис. 1 удовлетворительно согласуется с положением характерных значений чисел Рейнольдса, отделяющих один вид обтекания от другого.

Для определения скорости испарения капли при заданных зна­ чениях ее диаметра d при условии ее падения с установившейся скоростью в воздухе, имеющем температуру Т и относительную влажность Д удобно пользоваться таблицами, рассчитанными по. экспериментальным данным (табл. 4 и 5) [212]. Для определенных значений d, f и Т в табл. 4 и 5 приведены значения сомножителей

DAp и 4nr(l+0,22FR e,/«).

Приведенные в табл. 4 и 5 значения получены эксперименталь­ ным путем, поэтому не нуждаются в поправках на несферичность капель.

38

39