Rain Drop Motion in an Atmosphere Containing Aerosols Particles

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

A mathematical model is constructed for the dynamics of a raindrop moving in a gravity field through an atmosphere containing fine particles, taking into account the processes of relaxation of its velocity and the capture of fine particles. It has been established that the equation of motion of a drop in the problem posed belongs to the class of singularly perturbed equations, for the integration of which it is necessary to involve special algorithms. In the limiting modes of droplet motion, analytical solutions of the problem are obtained that describe the dependence of the droplet velocity and coordinate on time. In the complete formulation, the solutions of the problem are obtained numerically for different values of the defining parameters. The influence of the droplet size on the parameters of its motion in a concentrated aerodispersed mixture has been studied. The dependences of the limiting volume fraction of the solid component in the composition of the drop and the intensity of the precipitation of particles (washed out by the drop) on the earth’s surface on the size of the drop are obtained. Comparison of the calculated, approximate-analytical and experimental dependences of the steady-state rate of fall of a drop on its size was carried out, which showed their good agreement.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

T. Amanbaev

Auezov South Kazakhstan University

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: tulegen_amanbaev@mail.ru
Қазақстан, Tauke khan avenue, 5, Shymkent, 160012

Әдебиет тізімі

  1. Васильева А.Б., Бутузов В.Ф. Асимптотические разложения решений сингулярно возмущенных уравнений. М.: Наука, 1973. 272 с.
  2. Волков К.Н., Емельянов В.Н. Течения газа с частицами. М.: Физматлит, 2008. 598 с.
  3. Воротынцев В.М., Малышев В.М. Концентрирование техногенных примесей в капле дождя, движущейся в неоднородном концентрационном поле // Доклады РАН. Геофизика. 1997. Т. 354. № 3. С. 386–388.
  4. Губайдуллин Д.А., Осипов П.П. Аэрогидродинамика дисперсной частицы. М.: Физматлит, 2020. 170 с.
  5. Ивандаев А.И. О влиянии нестационарных эффектов на обмен импульсом и теплом между фазами газовзвеси в ударных волнах // Теплофизика высоких температур. 1985. Т. 23. № 4. С. 721–725.
  6. Ивандаев А.И., Кутушев А.Г., Нигматулин Р.И. Газовая динамика многофазных сред // Итоги науки и техники. Сер. Мех. жидкости и газа. Т. 16. М.: ВИНИТИ, 1981. С. 209–290.
  7. Ингель Л.Х. О динамике инерционных частиц в интенсивных атмосферных вихрях // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2021. Т. 57. № 6. С. 632–640.
  8. Ингель Л.Х. Нелинейное взаимодействие двух составляющих движения при осаждении тяжелой частицы в сдвиговом течении // Журн. технической физики. 2012. Т. 82. № 11. С. 122–125.
  9. Кейдл Р.Д. Твердые частицы в атмосфере и космосе. М.: Мир, 1969. 215 с.
  10. Келбалиев Г.И. Коэффициенты сопротивления твердых частиц, капель и пузырей различной формы // Теоретические основы химической технологии. 2011. Т. 45. № 3. С. 264–283.
  11. Матвеев Л.Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 751 с.
  12. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Ч. 1. М.: Наука, 1987. 464 с.
  13. Припачкин Д.А., Будыка А.К. Влияние параметров аэрозольных частиц на их вымывание из атмосферы дождевыми каплями // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2020. Т. 56. № 2. С. 203–209.
  14. Ракитский Ю.В., Устинов С.М., Черноруцкий И.Г. Численные методы решения жестких систем. М.: Наука, 1979. 208 с.
  15. Тимашев С.Ф. Роль химических факторов в эволюции природных систем (химия и экология) // Успехи химии. 1991. Т. 60. № 11. С. 2292–2331.
  16. Budyka A.K., Ogorodnikov B.I. Radioactive aerosols generated by Chernobyl // Russian J. Physical Chemistry A. 1999. V. 73. № 2. P. 310–319.
  17. Chang-Jin Ma, Gong-Unn Kang. The chemical nature of individual size-resolved raindrops and their residual particles collected during high atmospheric loading for PM2.5 // From edited volume “Rainfall – Extremes, Distribution and Properties”. Edited by J. Abbot and A. Hammond. 2019. 120 p.
  18. Chi Tien, Ramarao B.V. Granular filtration of Aerosols and Hydrosols. 2-nd Edition. Elsevier, 2007. 491 p.
  19. Edwards B.F., Wilder J.W., Scime E.E. Dynamics of falling. 2001. V. 22. P. 113–118.
  20. Greenfield S. Rain scavenging of radioactive particulate matter from the atmosphere // J. Meteorol. 1957. V. 14. № 2. P. 115–125.
  21. Marshall J.S., Palmer W.M. The distribution of raindrops with size // J. Meteorol. 1948. V. 5(2). P. 165–166.
  22. Mason B.J. The Physics of Clouds. Clarendon press: Oxford University Press, 1971. 671 p.
  23. Reist P. Introduction to Aerosol Science. N.Y.: A Division of Macmillan, 1984. 299 p.
  24. Shapiro A. Drag-induced transfer of horizontal momentum between air and raindrops // J. Atmos. Sci. 2005. V. 62. P. 2205–2219.
  25. Turner D.B. Workbook of atmospheric dispersion estimates: an introduction to dispersion modeling. Second edition, CRC Press, 1994. 194 р.
  26. Yoon R.H., Luttrell G.H. The effect of bubble size on fine particle flotation // Miner. Process. Extr. Metal. Rev. 1989. № 5. P. 101–110.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. Dependence of the steady-state velocity of a raindrop falling in the air (under normal conditions) from its diameter. Solid curves: 1 – calculation according to equation (9), 2 – approximate analytical formula [Ingel, 2012]. The dashed line is an experiment [Mason, 1971]. Dotted lines: 1 – Stokes mode (formula (7)), 2 – Newtonian mode (formula (8)).

Жүктеу (3KB)
Метадеректер
3. Fig. 2. Dependences of the modulus of the velocity vector of the raindrop on the vertical coordinate for different initial diameters of the drop: curve 1 – 125, 2 – 250, 3 – 500, 4 – 1000 microns. Dashed lines – absence of particle capture (but presence of lateral flow), dashed dotted lines – absence of lateral flow (but presence of particle capture).

Жүктеу (4KB)
Метадеректер
4. Fig. 3. Droplet trajectories at different initial diameters: curve 1 – 250, 2 – 500, 3 – 1000 microns.

Жүктеу (3KB)
Метадеректер
5. Fig. 4. Dependences of the total drop time and the distance of the drop from its size: 1 – , 2 – .

Жүктеу (2KB)
Метадеректер
6. Fig. 5. Dependences of the maximum volume fraction of aps, the volume of Vps of the solid component in the droplet composition and the intensity of particle deposition on the earth's surface qps on the droplet size: 1 – aps, 2 – Vps, 3 – qps.

Жүктеу (3KB)
Метадеректер


Creative Commons License
Бұл мақала лицензия бойынша қол жетімді Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».