УСЛОВИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ВОЗДУШНЫХ МИКРОПОТОКОВ БЛИЗИ ПЕСЧАНОЙ ПОРИСТОЙ ПОВЕРХНОСТИ
Институт физики атмосферы им.А.М.Обухова РАН
Поверхность, составленная из эоловых частиц под ветровым воздействием, является
источником пыльного аэрозоля в атмосфере. Процесс ветрового выноса возможен при
превышении критической или пороговой скорости ветра воздушного потока над
подстилающей поверхностью. При этом неясна роль приповерхностной конвекции на
процессы эмиссии микрочастиц [1, 2].
Принято предполагать, что песчаная поверхность содержит неровности k-типа, когда
расстояния между частицами размерами 200 мкм больше их размера. Однако сама поверхность близка в
большей степени по структуре к d-типу, когда расстояния между частицами существенно меньше их размера.
Сопротивление поверхности, состоящей из частиц одинаково при малых расстояниях, меньших половины
радиуса, и больших расстояниях, как для неровностей k-типа [4]. Это определяет сходство профилей для
этих моделей поверхности, но для k-типа не учитываются процессы в порах, что для перегретой поверхности
существенно.
Показано при численном моделировании микропроцессов в воздушных каналах, форма
которого специально подготовлена средствами 3D-моделирования, между частицами на
поверхности отмечалось увеличение вертикальной составляющей скорости воздушного
потока на верхней границе (над поверхностью) [3].
Рис. 1 Численный эксперимент: движение тепловых потоков в каналах среды
В новой постановке вычислительный эксперимент реализован для задачи движения
потока над поверхностью с неровностями d-типа, составленной из частиц (200х200х200
мкм кубиков с различными расстояниями между ними), с использованием открытого
пакета OPEN FOAM для ламинарной модели, учитывающей теплоперенос. Величина
составляющей скорости Uz восходящего потока в верхней между частицами
соответствует вертикальной скорости, полученной для канальной постановки задачи
величине порядка 2 мм/с, что подтверждает наличие механизма микроконвекции у
поверхности. Этот эффект отмечается при расстояниях между частицами, меньшими
половины их радиуса, что соответствует 50 мкм. Также между стенками частиц
возникает вертикальный градиент давления и температур.
Разогретая в летние месяцы песчаная пористая среда, создает особые условия
для инициации восходящих тепловых микропотоков.
1. Houser C. A., Nickling W. G. The emission and vertical flux of particulate matter< 10 μm from a disturbed
clay‐crusted surface //Sedimentology. – 2001 – Т. 48 – №. 2 – С. 255-267.
Всероссийская конференция молодых ученых-механиков (YSM-2021)
Сочи, «Буревестник» МГУ, 3-12 сентября 2021 г.
2. Chkhetiani O. G. et al. Dust resuspension under weak wind conditions: direct observations and model
//Atmospheric Chemistry and Physics. – 2012 – Т. 12 – №. 11 – С. 5147.
3. Малиновская, Е. А. Об условиях ветрового выноса частиц почвы / Е. А. Малиновская, О. Г. Чхетиани //
Вычислительная механика сплошных сред. – 2020 – Т. 13 – № 2 – С. 175-188. – DOI 10.7242/1999-6691/2020.13.2.14
4. Малиновская Е.А., Малиновский Д.Р.Исследование влияния теплового переноса в каналах песчаной
почвы на возникновение вертикальных воздушных потоков у поверхности и ветровой вынос //
Всероссийская конференция молодых ученых-механиков YSM-2020 (3−13 сентября 2020 г., Сочи,
«Буревестник» МГУ): Тезисы докладов.
