что такое турбулентная диффузия

ТУРБУЛЕНТНАЯ ДИФФУЗИЯ

перенос в-ва в пространстве, обусловленный турбулентным движением среды. Под турбулентным понимают вихревое движение жидкости или газа, при к-ром элементы (частицы) среды совершают неупорядоченные, хаотич. движения по сложным траекториям, а скорость, т-ра, давление и плотность среды испытывают хаотич. флуктуации.

Если в турбулентном потоке в определенный момент времени множество элементов (частиц) расположено рядом один с другим, то в послед, моменты времени они рассеиваются по пространству так, что статистич. расстояние между любыми двумя произвольными частицами с течением времени возрастает. Проявления этого процесса во многом напоминают мол. диффузию.

В основе описания T. д. как процесса случайного блуждания частиц среды лежат выражения для среднеквадратичного смешения частиц что такое турбулентная диффузия. Смотреть фото что такое турбулентная диффузия. Смотреть картинку что такое турбулентная диффузия. Картинка про что такое турбулентная диффузия. Фото что такое турбулентная диффузияот нек-рого исходного положения через интервал времени t, сходные с выражениями для мол. диффузии. В случае больших времен процесса рассеяния, когда м. б. использован закон Фика, справедливо равенство:

что такое турбулентная диффузия. Смотреть фото что такое турбулентная диффузия. Смотреть картинку что такое турбулентная диффузия. Картинка про что такое турбулентная диффузия. Фото что такое турбулентная диффузия

где что такое турбулентная диффузия. Смотреть фото что такое турбулентная диффузия. Смотреть картинку что такое турбулентная диффузия. Картинка про что такое турбулентная диффузия. Фото что такое турбулентная диффузия— лагранжев временной масштаб (с) в направлении переноса; параметр D t =v 2 T- коэффициент T. д. (мат. выражение и физ. смысл см. ниже). Лагранжев коэф. корреляции между пульсациями скорости v (м/с) одного и того же элемента (частицы) среды в разные моменты времени t и t +что такое турбулентная диффузия. Смотреть фото что такое турбулентная диффузия. Смотреть картинку что такое турбулентная диффузия. Картинка про что такое турбулентная диффузия. Фото что такое турбулентная диффузиясоставляет:

что такое турбулентная диффузия. Смотреть фото что такое турбулентная диффузия. Смотреть картинку что такое турбулентная диффузия. Картинка про что такое турбулентная диффузия. Фото что такое турбулентная диффузия

Поскольку T. д. и мол. диффузия независимы, общее смещение частицы будет определяться суммой:

что такое турбулентная диффузия. Смотреть фото что такое турбулентная диффузия. Смотреть картинку что такое турбулентная диффузия. Картинка про что такое турбулентная диффузия. Фото что такое турбулентная диффузия

что такое турбулентная диффузия. Смотреть фото что такое турбулентная диффузия. Смотреть картинку что такое турбулентная диффузия. Картинка про что такое турбулентная диффузия. Фото что такое турбулентная диффузия

Т. д. протекает по-разному в зависимости от масштаба турбулентности. Перенос в-ва при маломасштабной турбулентности описывают по аналогии с мол. диффузией. При крупномасштабной турбулентности среднее квадратичное смещение частиц с течением времени быстро увеличивается, причем этот рост обусловлен преим. крупными вихрями.

Предполагают, что турбулентный перенос в-ва в рассматриваемый момент времени в произвольной точке пространства определяется градиентом осредненной концентрации, взятым в той же точке пространства и в тот же момент времени (гипотеза Буссинеска). Так, плотность турбулентного потока массы в направлении к.-л. из осей координат, напр. *, выражают в виде:

что такое турбулентная диффузия. Смотреть фото что такое турбулентная диффузия. Смотреть картинку что такое турбулентная диффузия. Картинка про что такое турбулентная диффузия. Фото что такое турбулентная диффузия

Используя соотношения, аналогичные законам вязкости Ньютона и теплопроводности Фурье (см. Переноса процессы), вводят коэф. турбулентной кинематич. вязкости v т и турбулентной температуропроводности а т (м 2 /с). Последние в отличие от выраженных в тех же единицах измерения коэф. мол. диффузии D, температуропроводности аи кинематич. вязкости v не являются физ.-хим. характеристиками и зависят от параметров осредненного движения среды, а также от положения рассматриваемого элемента ее объема в потоке.

что такое турбулентная диффузия. Смотреть фото что такое турбулентная диффузия. Смотреть картинку что такое турбулентная диффузия. Картинка про что такое турбулентная диффузия. Фото что такое турбулентная диффузия

что такое турбулентная диффузия. Смотреть фото что такое турбулентная диффузия. Смотреть картинку что такое турбулентная диффузия. Картинка про что такое турбулентная диффузия. Фото что такое турбулентная диффузия

В общем случае выражение для плотности диффузионного потока в бинарной жидкой или газовой смеси с учетом мол. и турбулентного механизмов переноса записывают в виде:

что такое турбулентная диффузия. Смотреть фото что такое турбулентная диффузия. Смотреть картинку что такое турбулентная диффузия. Картинка про что такое турбулентная диффузия. Фото что такое турбулентная диффузия

Знание закономерностей Т. д. необходимо при описании хим.-технол. процессов, протекающих в потоках жидкости или газа, в т. ч. в дисперсных средах. T. д. оказывает влияние на структуру потоков в аппаратах и вносит свой вклад в продольное и поперечное перемешивание в-ва. Чаще всего продольное перемешивание снижает движущую силу массо-обменных процессов и ухудшает их показатели.

Лит.:Mонин А. С., Яглом А. Я., Статистическая гидромеханика, ч. 1-2, M., 1967; Берд Р., Стыоарт В., Л айтфут E., Явления переноса, пер. с англ., M., 1974; Рейнольде А. Дж., Турбулентные течения в инженерных приложениях, M., 1979. В. В. Дильман.

Источник

Однако было чрезвычайно сложно разработать конкретную и полностью функциональную модель, которую можно было бы применить к диффузии частиц во всех турбулентных системах из-за невозможности одновременно охарактеризовать как мгновенную, так и прогнозируемую скорость жидкости. В турбулентном потоке это является результатом нескольких характеристик, таких как непредсказуемость, быстрая диффузия, высокие уровни флуктуирующей завихренности и диссипация кинетической энергии.

СОДЕРЖАНИЕ

Приложения

Атмосферная диффузия и загрязнители

Атмосферная дисперсия, или диффузия, изучает, как загрязняющие вещества смешиваются в окружающей среде. В этот процесс моделирования включается множество факторов, таких как какой уровень атмосферы (-ов) происходит смешивание, стабильность окружающей среды и какой тип загрязнителя и источник смешиваются. Модели Эйлера и Лагранжа (обсуждаемые ниже) использовались для моделирования атмосферной диффузии и важны для правильного понимания того, как загрязнители реагируют и смешиваются в различных средах. Обе эти модели учитывают как вертикальный, так и горизонтальный ветер, но дополнительно интегрируют теорию диффузии Фика для учета турбулентности. Хотя эти методы должны использовать идеальные условия и делать многочисленные предположения, на данный момент трудно лучше рассчитать влияние турбулентной диффузии на загрязняющие вещества. Теория диффузии Фика и дальнейшие достижения в исследованиях атмосферной диффузии могут быть применены для моделирования эффектов, которые текущие уровни выбросов загрязняющих веществ из различных источников оказывают на атмосферу.

Турбулентное диффузионное пламя

Используя процессы плоской лазерно-индуцированной флуоресценции (PLIF) и измерения скорости изображения частиц (PIV), продолжаются исследования эффектов турбулентной диффузии в пламени. Основные области исследований включают системы сжигания в газовых горелках, используемых для выработки электроэнергии, и химические реакции в струйно-диффузионном пламени с участием метана (CH 4 ), водорода (H 2 ) и азота (N 2 ). Кроме того, двухимпульсная визуализация температуры Рэлея использовалась для корреляции мест угасания и возгорания с изменениями температуры и смешиванием химических веществ в пламени.

Моделирование

Эйлеров подход

Эйлеров подход к турбулентной диффузии фокусируется на бесконечно малом объеме в определенном пространстве и времени в фиксированной системе отсчета, в которой измеряются такие физические свойства, как масса, импульс и температура. Модель полезна, потому что статистику Эйлера можно последовательно измерить и она отлично подходит для химических реакций. Подобно молекулярным моделям, он должен удовлетворять тем же принципам, что и приведенное ниже уравнение неразрывности (где адвекция элемента или разновидностей уравновешивается его диффузией, генерацией в результате реакции и добавлением из других источников или точек) и уравнениям Навье-Стокса :

Если мы рассматриваем инертные частицы (без реакции) без источников и предполагаем, что молекулярная диффузия незначительна, выживают только члены адвекции в левой части уравнения. Решение этой модели сначала кажется тривиальным, однако мы проигнорировали случайную составляющую скорости плюс среднюю скорость в u j = ū + u j ‘, которая обычно связана с турбулентным поведением. В свою очередь, концентрационное решение для модели Эйлера также должно иметь случайную составляющую c j = c + c j ‘. Это приводит к проблеме замыкания бесконечных переменных и уравнений и делает невозможным решение для определенного c i при указанных предположениях.

К счастью, существует закрывающее приближение при введении концепции вихревой диффузии и ее статистических приближений для случайной концентрации и составляющих скорости от турбулентного перемешивания:

Подстановка в первое уравнение неразрывности и игнорирование реакций, источников и молекулярной диффузии приводит к следующему дифференциальному уравнению, учитывающему только приближение турбулентной диффузии в вихревой диффузии:

Лагранжев подход

Затем можно рассчитать концентрацию частиц в точке x и времени t, суммируя вероятности количества наблюдаемых частиц следующим образом:

Что затем оценивается путем возврата к интегралу pdf

Таким образом, этот подход используется для оценки положения и скорости частиц относительно их соседей и окружающей среды и аппроксимирует случайные концентрации и скорости, связанные с турбулентной диффузией, в статистике их движения.

Решения

Полученное решение для решения окончательных уравнений, перечисленных выше, для моделей Эйлера и Лагранжа для анализа статистики видов в турбулентном потоке, обе приводят к очень похожим выражениям для расчета средней концентрации в месте от непрерывного источника. Оба решения образуют гауссовский плюм и практически идентичны при предположении, что отклонения в направлениях x, y, z связаны с коэффициентом диффузии вихрей:

q = интенсивность выбросов видов, u = скорость ветра, σ i 2 = отклонение в i-м направлении.

При различных внешних условиях, таких как скорость направленного потока (ветер) и условия окружающей среды, измеряются отклонения и коэффициенты диффузии турбулентной диффузии, которые используются для расчета точной оценки концентраций в определенной точке от источника. Эта модель очень полезна в атмосферных науках, особенно при работе с концентрациями загрязняющих веществ в загрязнении воздуха, которые исходят из таких источников, как дымовые трубы, реки или автомобильные гусеницы на дороге.

Будущие исследования

Помимо этих усилий, до появления компьютеров были достигнуты успехи в полевых исследованиях. Теперь возможен мониторинг турбулентности, скорости и течений при перемешивании жидкостей в реальном времени. Это исследование оказалось важным для изучения циклов смешивания загрязняющих веществ в турбулентных потоках, особенно в системах питьевого водоснабжения.

Источник

Турбулентная диффузия

Однако было чрезвычайно сложно разработать конкретную и полностью функциональную модель, которую можно было бы применить к диффузии частиц во всех турбулентных системах из-за невозможности одновременно охарактеризовать как мгновенную, так и прогнозируемую скорость жидкости. В турбулентном потоке это является результатом нескольких характеристик, таких как непредсказуемость, быстрая диффузия, высокие уровни флуктуирующей завихренности и диссипация кинетической энергии. [2]

Содержание

Приложения [ править ]

Атмосферная диффузия и загрязнители [ править ]

Атмосферная дисперсия [3] или диффузия изучает, как загрязнители смешиваются в окружающей среде. В этот процесс моделирования включается множество факторов, таких как уровень атмосферы (-ов), в которой происходит перемешивание, стабильность окружающей среды и тип загрязняющего вещества и источника смешивания. Обе модели Эйлера и Лагранжа (обсуждаемые ниже) использовались для моделирования атмосферной диффузии и важны для правильного понимания того, как загрязнители реагируют и смешиваются в различных средах. Обе эти модели учитывают как вертикальный, так и горизонтальный ветер, но дополнительно интегрируют теорию диффузии Фика.для учета турбулентности. Хотя эти методы должны использовать идеальные условия и делать многочисленные допущения, на данный момент трудно лучше рассчитать влияние турбулентной диффузии на загрязнители. Теория диффузии Фика и дальнейшие достижения в исследованиях атмосферной диффузии могут быть применены для моделирования эффектов, которые текущие уровни выбросов загрязняющих веществ из различных источников оказывают на атмосферу. [4]

Турбулентное диффузионное пламя [ править ]

С использованием процессов плоской лазерно-индуцированной флуоресценции (PLIF) и измерения скорости изображения частиц (PIV) продолжаются исследования эффектов турбулентной диффузии в пламени. Основные области исследований включают системы сжигания в газовых горелках, используемых для выработки электроэнергии, и химические реакции в струйно-диффузионном пламени с участием метана (CH 4 ), водорода (H 2 ) и азота (N 2 ). [5] Кроме того, двухимпульсная визуализация температуры Рэлея использовалась для корреляции мест исчезновения и возгорания с изменениями температуры и смешиванием химических веществ в пламени. [6]

Моделирование [ править ]

Эйлеров подход [ править ]

Эйлеров подход к турбулентной диффузии фокусируется на бесконечно малом объеме в определенном пространстве и времени в фиксированной системе отсчета, в которой измеряются такие физические свойства, как масса, импульс и температура. [7] Модель полезна, потому что статистику Эйлера можно последовательно измерить и она отлично подходит для химических реакций. Подобно молекулярным моделям, он должен удовлетворять тем же принципам, что и приведенное ниже уравнение неразрывности, где адвекция элемента или разновидностей уравновешивается его диффузией, генерацией путем реакции и добавлением из других источников или точек, а также уравнениями Навье-Стокса :

Если мы рассматриваем инертные частицы (без реакции) без источников и предполагаем, что молекулярная диффузия незначительна, выживают только члены адвекции в левой части уравнения. Решение этой модели сначала кажется тривиальным, однако мы проигнорировали случайную составляющую скорости плюс среднюю скорость в u j = ū + u j ‘, которая обычно связана с турбулентным поведением. В свою очередь, концентрационное решение для модели Эйлера также должно иметь случайную составляющую c j = c + c j ‘. Это приводит к проблеме замыкания бесконечных переменных и уравнений и делает невозможным решение для определенного c i при указанных предположениях. [9]

К счастью, существует замыкающее приближение при введении концепции вихревой диффузии и ее статистических приближений для случайной концентрации и составляющих скорости от турбулентного перемешивания:

Подстановка в первое уравнение неразрывности и игнорирование реакций, источников и молекулярной диффузии приводит к следующему дифференциальному уравнению, учитывающему только приближение турбулентной диффузии в вихревой диффузии:

Лагранжев подход [ править ]

Затем можно рассчитать концентрацию частиц в точке x и времени t путем суммирования вероятностей количества наблюдаемых частиц следующим образом:

Что затем оценивается путем возврата к интегралу pdf

Таким образом, этот подход используется для оценки положения и скорости частиц относительно их соседей и окружающей среды и аппроксимирует случайные концентрации и скорости, связанные с турбулентной диффузией, в статистике их движения.

Решения [ править ]

Полученное решение для решения окончательных уравнений, перечисленных выше, для моделей Эйлера и Лагранжа для анализа статистики частиц в турбулентном потоке, обе приводят к очень похожим выражениям для расчета средней концентрации в месте от непрерывного источника. Оба решения образуют гауссовский плюм и практически идентичны при предположении, что отклонения в направлениях x, y, z связаны с коэффициентом диффузии вихрей:

куда σ y 2 = 2 K y y x u ¯ σ z 2 = 2 K z z x u ¯ <\displaystyle \sigma _^<2>=<\frac <2K_x><\overline >>\sigma _^<2>=<\frac <2K_x><\overline >>> что такое турбулентная диффузия. Смотреть фото что такое турбулентная диффузия. Смотреть картинку что такое турбулентная диффузия. Картинка про что такое турбулентная диффузия. Фото что такое турбулентная диффузия

q = интенсивность выбросов видов, u = скорость ветра, σ i 2 = отклонение в i-м направлении. [8]

При различных внешних условиях, таких как скорость направленного потока (ветер) и условия окружающей среды, измеряются отклонения и коэффициенты диффузии турбулентной диффузии, которые используются для расчета точной оценки концентраций в определенной точке от источника. Эта модель очень полезна в науках об атмосфере, особенно при работе с концентрациями загрязняющих веществ в загрязнении воздуха, которые исходят из таких источников, как дымовые трубы, реки или автомобильные гусеницы на дороге. [2]

Будущие исследования [ править ]

Помимо этих усилий, до появления компьютеров были достигнуты успехи в полевых исследованиях. Теперь возможен мониторинг турбулентности, скорости и течений при перемешивании жидкостей в реальном времени. Это исследование оказалось важным для изучения циклов смешивания загрязняющих веществ в турбулентных потоках, особенно в системах питьевого водоснабжения.

Источник

ТУРБУЛЕНТНАЯ ДИФФУЗИЯ

ТУРБУЛЕНТНАЯ ДИФФУЗИЯ, перенос в-ва в пространстве, обусловленный турбулентным движением среды. Под турбулентным понимают вихревое движение жидкости или газа, при к-ром элементы (частицы) среды совершают неупорядоченные, хаотич. движения по сложным траекториям, а скорость, т-ра, давление и плотность среды испытывают хаотич. флуктуации.

Если в турбулентном потоке в определенный момент времени множество элементов (частиц) расположено рядом один с другим, то в послед, моменты времени они рассеиваются по пространству так, что статистич. расстояние между любыми двумя произвольными частицами с течением времени возрастает. Проявления этого процесса во многом напоминают мол. диффузию.

В основе описания турбулентной диффузии как процесса случайного блуждания частиц среды лежат выражения для среднеквадратичного смешения частицчто такое турбулентная диффузия. Смотреть фото что такое турбулентная диффузия. Смотреть картинку что такое турбулентная диффузия. Картинка про что такое турбулентная диффузия. Фото что такое турбулентная диффузияот нек-рого исходного положения через интервал времени t, сходные с выражениями для мол. диффузии. В случае больших времен процесса рассеяния, когда м. б. использован закон Фика, справедливо равенство:

что такое турбулентная диффузия. Смотреть фото что такое турбулентная диффузия. Смотреть картинку что такое турбулентная диффузия. Картинка про что такое турбулентная диффузия. Фото что такое турбулентная диффузия

где что такое турбулентная диффузия. Смотреть фото что такое турбулентная диффузия. Смотреть картинку что такое турбулентная диффузия. Картинка про что такое турбулентная диффузия. Фото что такое турбулентная диффузия— лагранжев временной масштаб (с) в направлении переноса; параметр D t =v 2 T- коэффициент турбулентной диффузии (мат. выражение и физ. смысл см. ниже). Лагранжев коэф. корреляции между пульсациями скорости v (м/с) одного и того же элемента (частицы) среды в разные моменты времени t и t + что такое турбулентная диффузия. Смотреть фото что такое турбулентная диффузия. Смотреть картинку что такое турбулентная диффузия. Картинка про что такое турбулентная диффузия. Фото что такое турбулентная диффузиясоставляет:

что такое турбулентная диффузия. Смотреть фото что такое турбулентная диффузия. Смотреть картинку что такое турбулентная диффузия. Картинка про что такое турбулентная диффузия. Фото что такое турбулентная диффузия

Поскольку турбулентная диффузия и мол. диффузия независимы, общее смещение частицы будет определяться суммой:

что такое турбулентная диффузия. Смотреть фото что такое турбулентная диффузия. Смотреть картинку что такое турбулентная диффузия. Картинка про что такое турбулентная диффузия. Фото что такое турбулентная диффузия

что такое турбулентная диффузия. Смотреть фото что такое турбулентная диффузия. Смотреть картинку что такое турбулентная диффузия. Картинка про что такое турбулентная диффузия. Фото что такое турбулентная диффузия

Т урбулентная диффузия протекает по-разному в зависимости от масштаба турбулентности. Перенос в-ва при маломасштабной турбулентности описывают по аналогии с мол. диффузией. При крупномасштабной турбулентности среднее квадратичное смещение частиц с течением времени быстро увеличивается, причем этот рост обусловлен преим. крупными вихрями.

Предполагают, что турбулентный перенос в-ва в рассматриваемый момент времени в произвольной точке пространства определяется градиентом осредненной концентрации, взятым в той же точке пространства и в тот же момент времени (гипотеза Буссинеска). Так, плотность турбулентного потока массы в направлении к.-л. из осей координат, напр. *, выражают в виде:

что такое турбулентная диффузия. Смотреть фото что такое турбулентная диффузия. Смотреть картинку что такое турбулентная диффузия. Картинка про что такое турбулентная диффузия. Фото что такое турбулентная диффузия

Используя соотношения, аналогичные законам вязкости Ньютона и теплопроводности Фурье (см. Переноса процессы), вводят коэф. турбулентной кинематич. вязкости v т и турбулентной температуропроводности а т (м 2 /с). Последние в отличие от выраженных в тех же единицах измерения коэф. мол. диффузии D, температуропроводности а и кинематич. вязкости v не являются физ.-хим. характеристиками и зависят от параметров осредненного движения среды, а также от положения рассматриваемого элемента ее объема в потоке.

что такое турбулентная диффузия. Смотреть фото что такое турбулентная диффузия. Смотреть картинку что такое турбулентная диффузия. Картинка про что такое турбулентная диффузия. Фото что такое турбулентная диффузия

что такое турбулентная диффузия. Смотреть фото что такое турбулентная диффузия. Смотреть картинку что такое турбулентная диффузия. Картинка про что такое турбулентная диффузия. Фото что такое турбулентная диффузия

В общем случае выражение для плотности диффузионного потока в бинарной жидкой или газовой смеси с учетом мол. и турбулентного механизмов переноса записывают в виде:

что такое турбулентная диффузия. Смотреть фото что такое турбулентная диффузия. Смотреть картинку что такое турбулентная диффузия. Картинка про что такое турбулентная диффузия. Фото что такое турбулентная диффузия

Знание закономерностей турбулентной диффузии необходимо при описании хим.-технол. процессов, протекающих в потоках жидкости или газа, в т. ч. в дисперсных средах. Турбулентная диффузия оказывает влияние на структуру потоков в аппаратах и вносит свой вклад в продольное и поперечное перемешивание в-ва. Чаще всего продольное перемешивание снижает движущую силу массо-обменных процессов и ухудшает их показатели.

Лит.: Mонин А. С., Яглом А. Я., Статистическая гидромеханика, ч. 1-2, M., 1967; Берд Р., Стыоарт В., Л айтфут E., Явления переноса, пер. с англ., M., 1974; Рейнольде А.Дж., Турбулентные течения в инженерных приложениях, M., 1979. В. В. Дильман.

Источник

Турбулентная диффузия

Однако было чрезвычайно сложно разработать конкретную и полностью функциональную модель, которую можно было бы применить к диффузии частиц во всех турбулентных системах из-за невозможности одновременно охарактеризовать как мгновенную, так и прогнозируемую скорость жидкости. В турбулентном потоке это является результатом нескольких характеристик, таких как непредсказуемость, быстрая диффузия, высокие уровни флуктуирующей завихренности и диссипация кинетической энергии. [2]

Содержание

Приложения [ править ]

Атмосферная диффузия и загрязнители [ править ]

Атмосферная дисперсия [3] или диффузия изучает, как загрязнители смешиваются в окружающей среде. В этот процесс моделирования включается множество факторов, таких как уровень атмосферы (-ов), в которой происходит перемешивание, стабильность окружающей среды и тип загрязняющего вещества и источника смешивания. Обе модели Эйлера и Лагранжа (обсуждаемые ниже) использовались для моделирования атмосферной диффузии и важны для правильного понимания того, как загрязнители реагируют и смешиваются в различных средах. Обе эти модели учитывают как вертикальный, так и горизонтальный ветер, но дополнительно интегрируют теорию диффузии Фика. для учета турбулентности. Хотя эти методы должны использовать идеальные условия и делать многочисленные допущения, на данный момент трудно лучше рассчитать влияние турбулентной диффузии на загрязнители. Теория диффузии Фика и дальнейшие достижения в исследованиях атмосферной диффузии могут быть применены для моделирования эффектов, которые текущие уровни выбросов загрязняющих веществ из различных источников оказывают на атмосферу. [4]

Турбулентное диффузионное пламя [ править ]

С использованием процессов плоской лазерно-индуцированной флуоресценции (PLIF) и измерения скорости изображения частиц (PIV) продолжаются исследования эффектов турбулентной диффузии в пламени. Основные области исследований включают системы сжигания в газовых горелках, используемых для выработки электроэнергии, и химические реакции в струйно-диффузионном пламени с участием метана (CH 4 ), водорода (H 2 ) и азота (N 2 ). [5] Кроме того, двухимпульсная визуализация температуры Рэлея использовалась для корреляции мест исчезновения и возгорания с изменениями температуры и смешиванием химических веществ в пламени. [6]

Моделирование [ править ]

Эйлеров подход [ править ]

Эйлеров подход к турбулентной диффузии фокусируется на бесконечно малом объеме в определенном пространстве и времени в фиксированной системе отсчета, в которой измеряются такие физические свойства, как масса, импульс и температура. [7] Модель полезна, потому что статистику Эйлера можно последовательно измерить и она отлично подходит для химических реакций. Подобно молекулярным моделям, он должен удовлетворять тем же принципам, что и приведенное ниже уравнение неразрывности, где адвекция элемента или разновидностей уравновешивается его диффузией, генерацией путем реакции и добавлением из других источников или точек, а также уравнениями Навье-Стокса :

Если мы рассматриваем инертные частицы (без реакции) без источников и предполагаем, что молекулярная диффузия незначительна, выживают только члены адвекции в левой части уравнения. Решение этой модели сначала кажется тривиальным, однако мы проигнорировали случайную составляющую скорости плюс среднюю скорость в u j = ū + u j ‘, которая обычно связана с турбулентным поведением. В свою очередь, концентрационное решение для модели Эйлера также должно иметь случайную составляющую c j = c + c j ‘. Это приводит к проблеме замыкания бесконечных переменных и уравнений и делает невозможным решение для определенного c i при указанных предположениях. [9]

К счастью, существует замыкающее приближение при введении концепции вихревой диффузии и ее статистических приближений для случайной концентрации и составляющих скорости от турбулентного перемешивания:

Подстановка в первое уравнение неразрывности и игнорирование реакций, источников и молекулярной диффузии приводит к следующему дифференциальному уравнению, учитывающему только приближение турбулентной диффузии в вихревой диффузии:

Лагранжев подход [ править ]

Затем можно рассчитать концентрацию частиц в точке x и времени t путем суммирования вероятностей количества наблюдаемых частиц следующим образом:

Что затем оценивается путем возврата к интегралу pdf

Таким образом, этот подход используется для оценки положения и скорости частиц относительно их соседей и окружающей среды и аппроксимирует случайные концентрации и скорости, связанные с турбулентной диффузией, в статистике их движения.

Решения [ править ]

Полученное решение для решения окончательных уравнений, перечисленных выше, для моделей Эйлера и Лагранжа для анализа статистики частиц в турбулентном потоке, обе приводят к очень похожим выражениям для расчета средней концентрации в месте от непрерывного источника. Оба решения образуют гауссовский плюм и практически идентичны при предположении, что отклонения в направлениях x, y, z связаны с коэффициентом диффузии вихрей:

куда σ y 2 = 2 K y y x u ¯ σ z 2 = 2 K z z x u ¯ <\displaystyle \sigma _^<2>=<\frac <2K_x><\overline >>\sigma _^<2>=<\frac <2K_x><\overline >>> что такое турбулентная диффузия. Смотреть фото что такое турбулентная диффузия. Смотреть картинку что такое турбулентная диффузия. Картинка про что такое турбулентная диффузия. Фото что такое турбулентная диффузия

q = интенсивность выбросов видов, u = скорость ветра, σ i 2 = отклонение в i-м направлении. [8]

При различных внешних условиях, таких как скорость направленного потока (ветер) и условия окружающей среды, измеряются отклонения и коэффициенты диффузии турбулентной диффузии, которые используются для расчета точной оценки концентраций в определенной точке от источника. Эта модель очень полезна в науках об атмосфере, особенно при работе с концентрациями загрязняющих веществ в загрязнении воздуха, которые исходят из таких источников, как дымовые трубы, реки или автомобильные гусеницы на дороге. [2]

Будущие исследования [ править ]

Помимо этих усилий, до появления компьютеров были достигнуты успехи в полевых исследованиях. Теперь возможен мониторинг турбулентности, скорости и течений при перемешивании жидкостей в реальном времени. Это исследование оказалось важным для изучения циклов смешивания загрязняющих веществ в турбулентных потоках, особенно в системах питьевого водоснабжения.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *