Численное моделирование мезомасштабных вихревых структур вблизи мощного горячего источника примеси в пограничном слое атмосферы
Автор: Шварц Константин Григорьевич, Шкляев Владимир Александрович
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 1 т.2, 2009 года.
Бесплатный доступ
На основе трехмерной модели конвекции построена новая квазидвумерная модель распространения примеси от мощного теплового источника (на примере возгорания нефти) с учетом неоднородности турбулентной диффузии над источником и вне его. На основе метода параметризации мелкомасштабной турбулентности определены граничные условия и коэффициенты модели. Представлены результаты численных расчетов, показавшие, что вследствие линейного и нелинейного воздействия неоднородного горизонтального градиента температуры вблизи теплового факела в нижней атмосфере формируется мощное вихревое движение над местом возгорания нефти. Показано, что характеристики вихрей и их число определяются величиной коэффициентов турбулентного обмена вне источника и над источником тепла, а также что формируемое поле ветра существенно влияет на характер распространения примеси в окрестности источника.
Адвекция, перенос примеси, двумерная модель, математическое и численное моделирование, вихрь
Короткий адрес: https://sciup.org/14320461
IDR: 14320461
Numerical modeling of mesoscale vortex structures near a strong hot impurity source in atmosphere boundary layers
This paper presents a new quasi two-dimensional model for impurity propagation from a strong thermal source (by example of oil ignition) taking into account the heterogeneity of turbulent diffusion above the source and outside of it. The equations are deduced from the three-dimensional model of convection. Boundary conditions and coefficients of the model are determined by small-scale turbulence parameterization techniques. The results of numerical calculations show that the intense vortex motion in the bottom layer of atmosphere is formed above the place of oil ignition due to the linear and nonlinear effects of the non-uniform horizontal temperature gradient near the thermal torch. The physical characteristics of vortices and their number are defined by the turbulent heat transfer factors outside of the heat source and above it. The wind field formed under these conditions has an essential influence on the character of oil impurity distribution in the vicinity of the heat source.
Список литературы Численное моделирование мезомасштабных вихревых структур вблизи мощного горячего источника примеси в пограничном слое атмосферы
- Аристов С.Н., Шварц К.Г. Вихревые течения адвективной природы во вращающемся слое жидкости. -Пермь: Перм. ун-т, 2006. -155с.
- Шварц К.Г., Шкляев В.А. Распространение примеси в атмосфере от антропогенного источника при условии интенсивного нагрева//Международная конференция «Потоки и структуры в жидкостях»: Тез. докл. (Москва, 20 -23 июня 2005 г.) -М.: ИПМех, 2005.-С. 319 -322.
- Кибель И.А. Некоторые новые задачи гидродинамического краткосрочного прогноза погоды//Тр. Гидрометцентра СССР. -1964. -Вып. 3. -С. 3-18.
- Алексеева Л.И., Вельтищев Н.Ф. Вертикальный перенос консервативной примеси в нестационарном конвективном пограничном слое атмосферы//Метеорология и гидрология. -2007. -№ 7. -С. 16-28.
- Вельтищев Н.Ф. Конвекция в нестационарном пограничном слое со сдвигом ветра//Метеорология и гидрология. -2005. -№ 6. -С. 15-28.
- Вульфсон А.Н. Нестационарная автомодельная конвекция в нейтральной атмосфере над точечным источником тепла и консервативной примеси//Метеорология и гидрология. -2001. -№ 1. -С. 34-49.
- Вульфсон Н.И., Левин Л.М. Исследование распространения струи метеотрона в облачной среде применительно к активным воздействиям//Труды ИПГ. -1981. -Вып. 46. -С. 50-68.
- Коряков С.А., Лебедева Т.Н. Трехмерная численная модель конвективного изолированного облака//Труды ИПГ. -1983. -Вып. 45. -С. 3-20.
- Зимин В.Д., Левина Г.В., Моисеев С.С., Старцев С.Е., Шварц К.Г. Об одном физическом механизме генерации крупномасштабных структур при турбулентной конвекции//Известия РАН. Механика жидкости и газа. -1996. -№ 5. -С. 20-29.
- Баталов В.Г., Сухановский А.Н., Фрик П.Г. Экспериментальное исследование спиральных валов в адвективном потоке, натекающем на горячую горизонтальную поверхность//Известия РАН. Механика жидкости и газа. -2007. -№ 4. -С. 50-60.
- Пененко В.В., Алоян А.Е. Модели и методы для задач охраны окружающей среды. -Новосибирск: Наука, 1985. -256с.
- Schwarz K.G., Shklyaev V.A. Modeling the propagation of cold contaminent in atmosphere following accidental spilling of volatile liquid//Fluxes and Structures in Fluids -2003. International Conference: Selected Papers edited by Yu.D. Chashechkin and V.G. Baydulov. -Moscow: Institute for Problems in Mechanics of the RAS, 2004. -P. 172-175.
- Аристов С.Н., Фрик П.Г. Крупномасштабная турбулентность в тонком слое неизотермической вращающейся жидкости//Известия АН СССР. Механика жидкости и газа. -1988. -№ 4. -С. 48-55.
- Шварц К.Г. Двумерная модель мезомасштабных атмосферных процессов над крупным промышленным городом//«Вычислительные технологии»: Сб. научных трудов ИВТ СО РАН. -Новосибирск, 1995. -№ 13. -С. 326-335.
- Шварц К.Г., Шкляев В.А. Моделирование процессов переноса примеси в свободной атмосфере с помощью квазитрехмерной модели//Метеорология и гидрология. -2000. -№ 8. -С. 44-54.
- Аристов С.Н., Шварц К.Г. Эволюция ветровой циркуляции в неизотермическом океане//Океанология. -1990. -Т. 30. -Вып. 4. -С. 562-566.
