Динамика двухфазных струйных потоков, сопровождаемых фазовыми превращениями, в атмосфере

• Автор: Гудкова, Ольга Сергеевна
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 101 с.

Содержание
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1 Экологические и санитарные последствия загрязнения атмосферы выбросами из труб.
1.2 Мезомасштабные модели диффузии
1.2.1 Статистические модели турбулентной диффузии
1.2.2 Гауссова модель факела
1.2.3 К-модели атмосферной диффузии
1.3. Современное состояние теории свободных затопленных струй
Г лава 2. Основные уравнения модели «вложенных струй»
2.1. Постановка задачи
2.2. Уравнение баланса массы
2.3. Уравнение сохранения импульса
2.4. У равнение притока тепла
2.5. Массо- и теплообмен
2.6 Замыкающие соотношения
Глава 3. Динамика газопылевой струи в атмосфере
3.1 Основные уравнения
3.2 Распространение газопылевой струи в атмосфере
в отсутствие ветра
3.3 Динамика газопылевой струи при наличии ветра постоянного направления
Глава 4. Распространение паро-газокапельной струи в атмосфере
4.1 Уравнение баланса массы для паро-газокапельиой струи
4.2 Уравнение баланса энергии
4.3 Условие начала образования конденсата
4.4 Этапы распространения паро-газокапельной струи
4.5. Анализ результатов численного моделирования процесса распространения паро-газокапельной струи в атмосфере
Заключение
Библиография

Введение
В диссертации исследуется динамика распространения выбросов (струйных потоков) различного состава в атмосфере. Предложена математическая модель «вложенных струй», описывающая процесс распространения струй состава «газообразный продукт горения + сажа + атмосферный воздух» с учетом массо- и теплообмена с атмосферой, а также воздействия сил плавучести и сопротивления со стороны атмосферы. Исследованы простейшие случаи распространения таких струй в атмосфере (в частности, в безветренную погоду). Проведено численное моделирование процесса распространения струй как вышеуказанного состава, так и состоящих из газообразного продукта горения, водяного пара, атмосферного воздуха и капель воды в «одноструйном» приближении. Для парогазокапельных струй учтено влияние фазовых переходов на динамику различных параметров струи. Выявлены основные качественные закономерности распространения струй указанного состава, проанализировано влияние начальных параметров смеси и параметров атмосферы на характер процесса распространения.
Значительный интерес к задачам расчета распространения различных примесей в атмосфере обусловлен возрастанием риска антропогенного загрязнения окружающей среды, могущего привести к неблагоприятным экологическим последствиям.
Актуальность темы. Проблема распространения выбросов различных предприятий технических сооружений в атмосфере является не только актуальной задачей экологии, но и представляет значительный интерес с точки зрения физики.
Совершенно необходимой является предварительная оценка влияния на экологическую обстановку выбросов различных предприятий до того, как они будут размещены в той или иной зоне. Это требует разработки математических моделей, адекватно описывающих (как качественно, так и

количественно) процесс распространения газообразных выбросов в атмосфере. Численное моделирование и компьютерный эксперимент, базирующиеся на таких моделях, необходимы для прогнозирования уровня загрязнения атмосферы и поверхности земли при различных погодных условиях и режимах работы источников выбросов.
Таким образом, актуальность темы обусловлена значительным влиянием хозяйственной деятельности человека на экологическую обстановку, особенно в промышленно-развитых регионах, к которым относится и Стерлитамак. Необходимо расширение и углубление теоретических представлений о процессах распространения различных выбросов из труб.
Цель работы. Целью данной работы является построение математической модели, адекватно описывающей процесс распространения в атмосфере струй различного состава, образующихся в результате выбросов из труб продуктов промышленной деятельности, а также выявление качественных закономерностей этого процесса и факторов, оказывающих наибольшее влияние на параметры таких струй.
Научная новизна. В диссертации предложена математическая модель, основанная на феноменологическом подходе к описанию процесса распространения струй в атмосфере с учетом действия на них сил плавучести и сопротивления со стороны атмосферы, а также тепло- и массообмена с окружающей средой и фазовых переходов внутри струи. Предложено описание фоновой турбулентности с помощью постоянных коэффициентов.
Наиболее важные полученные результаты.
Построена математическая модель феноменологического описания процесса распространения струй различного состава в атмосфере, проведено численное исследование влияния различных параметров самой струи и состояния атмосферы на качественные особенности процесса ее распространения.

Запишем уравнение баланса энергии в струе:

т<о^+ео)

рО)Ч^ + е(1) Р(»и<1)
+Ь<12)
1 Г.еа
+ (ра(1-кр )Р(1>1>(1> г1) -{ра(1-кр)Р(1>0(1>1(1)+с1^ +
где е(21 - внутренняя энергия единицы объема внешней струи,
(/'2; - интенсивность потока тепла между внешней и внутренней струей, отнесенная к единице длины внутренней струи,
(ра - 1 £ О'1* <15(^-работа силы плавучести,
ра1 - кр)р(!2ог,>- работа силы давления,
у(Р2)~(1) _радота силы сопротивления со стороны внешней струи. Поделив предыдущее уравнение на с& , получим:
(2.4.1)
+ дП2) + ^^рту(1)§бП) _(!~кРМ^<,>0<1>) + ?(12>&1)