Моделирование распространения загрязняющих веществ в горных ущельях

• Автор: Радионов, Анатолий Анатольевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 182 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Моделирование распространения загрязняющих веществ

1.2. Моделирование турбулентности.

1.3. Моделирование аэродинамики атмосферы в горных ущельях

Глава 2. Основные уравнения аэродинамики атмосферы

Глава 3. Одномерная модель

Глава 4. Квазиламинарная гидростатическая модель с осреднением по

ширине ущелья

Глава 5. Негидростатическая модель ущелья.

5.1. Квазиламинарная модель ущелья
5.2. Расчет течения в ущелье с использованием дифференциального уравнения для энергии турбулентности
Глава 6. Комплекс программ.
Заключение.
Библиография


Х - масштаб турбулентности, ип и - компоненты средней и пульсационной скорости соответственно, gt — проекции ускорения свободного падения, /к -проекции вектора Кориолиса, С, - безразмерные функции, А - масштаб длины, определяющий диссипацию, р - коэффициент объёмного расширения, в[ - пульсационная составляющая виртуальной потенциальной температуры, бм = 1 если все индексы совпадают и нулю в противном случае. В упрощённом варианте модели дифференциальные уравнения используются только для определения удвоенной кинетической энергии турбулентности и среднего значения квадрата пульсаций потенциальной температуры. Остальные неизвестные определяются путём решения алгебраических уравнений, которые получаются путём исключения членов, описывающих конвективный и диффузионный перенос соответствующих величин. Возможны также дальнейшие упрощения, при которых решается только дифференциальное уравнение для удвоенной кинетической энергии турбулентности, либо все уравнения сводятся к алгебраическим. При расчёте течений над сложной подстилающей поверхностью модели, в которых определяются все компоненты напряжений Рейнольдса, как правило, не используются. Поэтому, как правило, наиболее сложными из используемых являются двухпараметрические модели типа к -1 или к- е. Типичная к-1 модель применяется в [], где анализируется суточное изменение мезомасштабного пограничного слоя при натекании ветра на горный хребет. Вх> Т7, и Р2 - константы. Величины со штрихами - пульсационные составляющие, а с индексом нуль - невозмущённые параметры атмосферы. Первые два члена в правой части описывают конвективный перенос, третий член - турбулентную диффузию, четвертый и пятый - генерацию за счет трения и архимедовых сил соответственно, а последний - диссипацию. Множитель в скобках в последнем члене является попыткой учесть изменение диссипации вблизи поверхности земли. Турбулентные потоки считались градиентными. L = [e2i)/E2 - функция, зависящая от стратификации атмосферы, SE -константа. Аналогичную модель использовали Т. Yamada, S. Bunker [3]. I dz cfcrv. Т° ( ди 1 дх ) ax. V - кинематическая вязкость воздуха. С помощью такой же модели D. A. Paterson и J. P. Holmes [9] определяли величину максимальных порывов ветра над холмистой подстилающей поверхностью. V = (V) + 4. Е. Е. Федорович []. Аналогичную модель применяли М. Tjemstr, L. Enger, A. Andren [8]. J. Svoboda [6] . LLd L, (1. T]{L,)=0, T](-LD)=0, dri/dt = -a{0(z + ? Здесь ? Z,u или ? Особенно часто предполагается постоянство коэффициентов переноса в выражениях для горизонтальных потоков. При моделировании турбулентности, как и при выборе уравнений, описывающих поле средней скорости ветра в атмосфере над горами, более сложные модели должны дать более реальную картину течения. Дополнительные сложности могут возникнуть из-за того, что константы в уравнениях определены путем сравнения результатов расчетов с экспериментами, проводившимися на моделях малого масштаба. В атмосфере, а, тем более в атмосфере над горами, эти константы могут заметно изменяться. В качестве граничных условий на границе, через которую поток втекает в расчётную область, кинетическая энергия турбулентности чаще всего принимается постоянной, либо её производная по нормали к этой границе берётся равной нулю. На выходной, верхней и боковых границах расчётной области производные от всех определяемых величин по нормали к соответствующей границе считаются равными нулю. На нижней границе, которая обычно выбирается на высоте слоя шероховатости, производная от кинетической энергии турбулентности обычно принимается равной нулю, масштаб турбулентности пропорциональным высоте над поверхностью земли, а скорость диссипации энергии турбулентности обратно пропорциональной этой высоте. В. В. Пененко, А. Е. Алоян [] задавали на нижней границе значение кинетической энергии турбулентности как функцию от безразмерной высоты приземного слоя и безразмерного парам етра шероховатости. При обезразмеривании использовался масштаб Монина-Обухова. Выделялись четыре типа стратификации атмосферы: устойчивая, сильно устойчивая, неустойчивая и сильно неустойчивая. Для каждого типа выписывались выражения, определяющие значение кинетической энергии турбулентности на верхней границе приземного слоя.