ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭОЛОВОГО РЕЛЬЕФА НА ВЕТРОВЫЕ УСЛОВИЯ ГЕНЕРАЦИИ ПЫЛЕВОГО АЭРОЗОЛЯ
Автор: Елена Александровна Малиновская
Соавторы: О.Г.Чхетиани
Организация: Институт физики атмосферы им.А.М.Обухова РАН
Рис 1. Изменение турбулентной энергии при движении частиц вблизи препятствия, на наветренном и подветренном склонах эоловой структуры
Пыль на поверхности движущихся крупных частиц размером 70-300 мкм (сальтаций и перекатывания) в результате взаимодействий отделяется при трении или ударе [1]. Размер генерируемых микрочастиц определяется углами падения сальтирующих и перекатывающихся частиц, изменением направления ветра по отношению к грядам эоловых структур [2]. Исследуется влияние препятствия на движение воздушного потока со взвешенными в нем частицами над шероховатой поверхностью (при скоростях на высоте 1 м: 4,6; 5,07; 5,76; 6,22; 6,91 м/с. Используется Лагранжево-Эйлеровая модель, реализованная в открытом пакете OpenFoam. Рассмотрено влияние направления ветра по отношению к эоловой структуре, при изменении углов наклона ее поверхностей наветренного и подветренного склонов к горизонту, и, соответственно, их протяженностей.
Движение частиц над препятствием удлиняет зону рециркуляции, уменьшает высоту расположения локальной зоны увеличения турбулентной энергии, приближая ее к поверхности. Так как размеры и форма эоловой структуры, а также скорость воздушного потока влияют на протяженность и отдаленность от вершины зоны рециркуляции, то меняются траектории и скорости движения частиц разного размера над подветренным склоном. Чем больше удаленность траекторий движения частиц от центра зоны рециркуляции, тем больше дополнительный разгон и скорость их падения на поверхность. Вследствие возмущений, вызванных движениями частиц, в области за эоловой структурой возрастает турбулентная диффузия, что способствует интенсификации выноса пылевого аэрозоля за пределы слоя сальтации. Ускорение частиц приводит к усилению т.н. эффекта "разбрызгивания", а, следовательно, к увеличению числа откалываемых микрочастиц.
Само же изменение высоты эоловой структуры и ее ориентации по отношению к воздушному потоку влияет на интенсивность процессов перекатывания частиц по наветренному склону, что отражается в явлениях стирания мелкой фракции микрочастиц поверхности более крупных элементов. Соотношение типов перемещения частиц на наветренном и подветренном склонах, и, соответственно, процессов стирания и откалывания, определяется нелинейной связью углов наклона поверхности и скорости воздушного потока. Это влияет на вид функции распределения микрочастиц по размерам.
1. Liu Y., Fang H., Huang L., He G. Numerical simulation of the production of three-dimensional sediment dunes // Physics of Fluids. 2019. Vol. 31, no. 9. P. 096603.
2. Малиновская Е.А., Чхетиани О.Г., Максименков Л.О. Влияние направления ветра на распределение эоловых микрочастиц по размерам // Физика атмосферы и океана [в печати].
