Файл: Аэромеханика и физико-химическая гидродинамика конспект лекций..pdf

безразмерное произведение как отношение (По/^)і которое имеет раз­ мерность квадрата скорости. Корень квадратный из этого отношения

так как для йу..остзовонип турбулентных вихрей высота бще незначитель­

стояли травы, комья земли и т.д. выше ламинарного подслоя. Факти­ чески влиянием (2-V*)fo на oLüjd^ можно пренебречь. Тогда уравне­

ние для градиента скорости ветра у поверхности земли упрощается до

которое применимо к полностью турбулизованному потоку над шерохо­

При н ѳ и з і .і ѳ н н о П температуре на всех высотах вертикальный градиент температуры называют изотермическим. Слой с "обратным" (или положительный) градиентом, в нотором температура с высотой увеличивается, называется инверсией.

Особый интерес представлпот такой градиент температуры в атмос­ фере, ноторый позволяет массе воздуха перемещаться с одного уровня на другой так, что эта масса все время имеет плотность окружающей среды (при этом допускается, что воздух не насыщен и изменение тем­ пературы в пределах этой массы происходит без теплообмена с онружающей средой). Поскольку изменение состояния, т.е,температуры, дав­ ления и плотности газа, происходящее без теплообмена с окружающей средой, является адиабатичеенш, то градиент температуры, с кото­ рым это связано, называется адиабатическим градиентом. Численно он соответствует уменьшению температуры с высотой на І°С/І00 м.

Если температура в атмосфере уменьшается с высотой быстрее этой величины, то градиент температуры будет называться сверх-

адиабатичесним. При сверхадиабатичесноы градиенте температуры объем воздуха, перемещающийся вверх от уровня, на нотором он имел ту же температуру и давление, что и онрукающая среда, будет претерпевать уменьшение температуры согласно адиабатическому градиенту и будет иметь более высокую температуру, чем температура окружающей среды на новом уровне. Плотность воздуха в этом объеме будет меньше, чем плотность окружающего воздуха, и возникающая при этом сила плавуче­ сти будет заставлять этот объем подниматься еще выіів .

Точно так же, если этот объем будет перемещаться вниз, то темпе­ ратура воздуха в ней окажется ниже температуры среды, и поэтому объ­ ем будет опускаться все ниже и нике. Таким образом, когда градиент температуры больше адиабатического, все вертикальные движения уско­ ряются и атмосферу-называют неустойчивой.

С другой стороны, если градиент температуры меньше сухоа^иабатичѳеного, то объем воздуха, перемещенный вверх, будет иметь темпе­ ратуру нике окружающей среды, или если он перемещен вниз, то будет иметь температуру выше окружающей среды. В этом случае сила плаву­ чести стремится удержать объем на первоначальном уровне, а атмосфера называется устойчивой. Если градиент в точности тавен сухоадиабати-

Г- сухоадиабатический градиент;

-128 -

4 Z - высота, ноторую прошла частица воздуха}

W - приобретенная ею вертикальная скорость.

Таким образом, адиабатический градиент служит естественным стан­ дартом вертикальной температурой стратификации в атмосфере, а вер­ тикальное смещение частиц воздуха в турбулентном потоке может иметь различный характер:

1) частица имеет нейтральную устойчивость, когда

шаться.. Градиент температуры становится меньше сухоадиабатичесного,' его называют влажным (псевдоадиабатическим). Однако, в задачах, связанных с загрязнениями воздуха, редко приходится рассматривать подъем воздуха на такие высоты, где адиабатическое охлаждение вызы­ вает конденсацию. Обычно считают, в интересующем нас слое конденса­ ции не происходит, даже если там имеются туман или осадки.

Было найдено, что форма струи, вытекающей из трубы’, зависит в основном от вертикального градиента плотности воздуха (который оп­ ределяется по температурному градиенту) вблизи трубы. Так как в при­ роде существует ограниченное число типов вертикального распределения температуры, то число форм струй дыма,. ноторыѳ могут наблюдаться при выбросе из любой дымовой трубы, будет также ограничено.

Принято считать, что существуют 5 основных форм струй, ноторые схематически показаны на рис.42 вместе с соответствующими этим формам типами вертикального распределения температуры. Такая класси­ фикация наиболее применима н одиночным и более или менее изолирован­

ным трубам.

В о т н о . о б р а з н а я . Образование волнообразной струи про­ исходит при сверхадиабатическоы (очень неустойчивом) вертикальном градиенте температуры. Вследствие тепловых завихрений в потонѳ вет­