С.В. Комонов, Е.Н. Комонова
Ветровая эрозия и пылеподавление
Курс лекций. — Красноярск: Изд-во СФУ, 2008. — 192 с.
Предыдущая |
Содержание статьи:
Глава 1. Ветровая эрозия
1.6. Теоретические основы процесса ветровой эрозии
1.6.4. Основы процесса пыления
Для исследований процесс пыления поверхности применяются различные методы – экспериментальные, расчетные и комплексные. Наиболее полная и достоверная оценка пылящих свойств массива может быть получена полевыми методами при методически правильной их организации и использовании специальной аппаратуры.
Оценку пылевых выбросов необходимо проводить с учетом природы подъемной силы. Перед взлетом частицы колеблются, причем частота этих колебаний близка к частоте пульсационной скорости ветра и связана с происхождением вихрей. Средняя частота колебаний частиц перед отрывом составляет 1,8 Гц, а для наиболее энергоемких частиц пульсации продольно составляющей скорости равны 2,3 Гц.
Механизм подъемной силы объясняет:
· причины отрыва частицы от поверхности
· причины выдувания мелких частиц из под слоя крупных
· причины возврата части взлетевших частиц
· причины безвозвратного хаотического полета другой части частиц.
При решении проблемы математического описания процесса ветровой эрозии использован метод перехода от микроуровня (движение отдельной частицы) к макроуровню (многофазная среда). Плотность энергии (Дж/кг), необходимая для выдувания, может быть выражена через кинетическую энергию ветра:
(24)
где – пороговая скорость ветра, м/с, называемая критической.
(25)
где – параметр массообмена;
– интенсивное выдувание грунта кг·с/м2;
– скорость ветра на границе слоя грунта–воздух;
– касательное напряжение трения, Н/м2.
(26)
Существует некоторая пороговая скорость ветра (м/с), называемая критической, при превышении которой начинается интенсивное выдувание грунта (кг·с/м2). Интенсивность выдувания при данной скорости на границе слоя зависит от касательного напряжения трения (Н/м2).
Для того, чтобы рассматривать процесс выдувания, имеющий определенное значение ВЭ, необходимо перейти от микроуровня, на котором анализируется движение отдельных частиц к макроуровню, на котором процесс описывается в рамках законов механики многофазных сред.
Процесс выдувания основан на существовании некоторой критической скорости ветра, при превышении которой начинается интенсивное выдувание, которое зависит от касательного напряжения, трения и плотности энергии ветра.
Согласно π-теореме Седова, физически процесс ветровой эрозии почв может быть определен с помощью функции, связывающей эти параметры:
(27)
Эта зависимость выполняется при скоростях потока, превышающих , поэтому ее преобразовывают к виду, содержащему параметр . В итоге получается уравнение выдувания грунта:
(28)
где – параметр массообмена, характеризующий реакцию грунта на силовое воздействие со стороны воздушного потока при его скорости, равной критической ;
– скорость ветра за пределами пылящей поверхности;
– эмпирический коэффициент, характеризующий свойства грунта и определяющий его устойчивость к выдуванию ( увеличивается с увеличением размера частиц).
Параметр массообмена представляет собой концентрацию частиц на поверхности грунта, потерявших межагрегатное сцепление под действием ветра. Фактически это частицы принадлежат уже не поверхностному слою грунта, а грунтово-воздушному потоку.
При превышении критической скорости ветра начинается выдувание грунта, которое можно прогнозировать уравнением (28), описывающим поток грунтовых частиц, направленных от поверхности в атмосферу. В этом уравнении коэффициенты и параметр определяются экспериментально.
Для случая монофракций уравнение имеет вид:
(29)
где — эмпирические коэффициенты.
При превышении критической скорости начинается процесс выдувания, который можно спрогнозировать.
Предыдущая |