Ви є тут

Динамические процессы в атмосфере, вызванные сильными импульсными возмущениями

Автор: 
Шувалов Валерий Викторович
Тип роботи: 
Докторская
Рік: 
1999
Артикул:
1000252885
179 грн
Додати в кошик

Вміст

Содержание
Введение .............................................................. 5
1 Разработка метода численного моделирования атмосферных течений, вызванных импульсными источниками 10
1.1 Модели и приближения, используемые при описании динамических процессов в атмосфере........................................ 10
1.2 Метод расчета газодинамических течений с явным выделением
границ между областями с различными термодинамическими и оптическими свойствами........................................ 12
1.2.1 Основные требования к численной схеме................... 12
1.2.2 Описание газодинамической программы ЗОУА.................13
1.3 Метод расчета распространения аэрозольных частиц с учетом их
взаимодействия с газовым потоком.............................. 17
Выводы но главе 1...................................................21
2 Некоторые аспекты воздействия сильных взрывов на окружающую среду 23
2.1 Крупномасштабные возмущения атмосферы, вызываемые мощными ядернымн взрывами.............................................24
2.2 Генерация акустико-гравитационных волн в атмосфере с помощью взрывов химического ВВ.........................................28
2.3 Радиоактивное загрязнение поверхности Земли при проведении
ядергаях испытаний на Семипалатинском полигоне.................33
Выводы по главе 2...................................................42
3 Газодинамические процессы, сопровождающие выброс газов в атмосферу 44
3.1 Выброс газа из подводного резервуара под высоким давлением . 44
3.2 Численное моделирование извержения вулкана Академия Наук 2
января 1996 г..................................................47
3.3 Газовые взрывы в атмосфере.....................................56
3.3.1 Взрывы сферических объемов метано-воздугоной смеси. Сравнение с экспериментами.....................................57
3.3.2 Взрывы удлиненных облаков метано-воэдушной смеси ... 60
2
3.3.3 Взрывы газовых объемов с неоднородным распределением концентрации метана.............................................60
3.3.4 Влияние взрыва части метапо-воздушной смеси на высоту подъема результирующего облака..................................64
Выводы по главе 3...................................................65
4 Подъем пыли с поверхности планеты за счет эффекта теплого слоя 67
4.1 Численное моделирование эффекта теплого слоя в условиях мно-
гообластнои задачи.............................................68
4.2 Влияние размера частиц, содержащихся в теплом слое, на формирование и рост предвестника.......................................72
4.3 Выброс пыли при ударе метеороидов о поверхность Марса как
механизм зарождения пылевых бурь ..............................78
Выводы по главе 4...................................................83
5 Влияние фрагментации метеороидов на энерговыделение в атмосфере 84
5.1 Механизмы разрушения хсстеороидов при прохождении через атмосферу ............................................................85
5.2 Постановка задачи о движении метеороида, распавшегося на несколько круппых кусков .............................................88
5.3 Движение метеороида, распавшегося на два фрагмента.............90
5.3.1 Расхождение двух одинаковых параллельно летящих фрагментов .........................................................90
5.3.2 Движение одного фрагмента в следе другого................93
5.3.3 Эффект коллимации........................................93
5.3.4 Влияние излучения и абляции на расхождение фрагментов 96
5.4 Движение метеороида, разрушившегося на несколько фрагментов 102
5.5 Энерговыделение в атхюсфсре при движении фрагментировавшего метеороида, сравнение с приближенными моделями................109
Выводы но главе 5...................................................110
6 Атмосферные плюмы, вызываемые ударами космических тел 112
6.1 Роль метеорных плюмов в эволюции атмосферы и взаимодействии между геосферами Земли...............................-гттттг; 112
6.2 Различия между “метеорными" и обычными взрывами ..............114
6.3 Роль метеорного следа при прямых и косых ударах ..............116
6.4 Приближенная модель метеорного пдюма..........................118
6.5 Влияние неустойчивости Кельвина-Гельмгольца на формирование и высоту подъема плюмов.........................................122
6.6 Влияние излучения на форхшрование плюмов......................128
6.7 Численное моделирование подъема продуктов сгорания метеороида ТПухсава .......................................................130
3
Аналогично теплообмен между частицей и смешанной ячейкой вычисляется в предположении, что на каждом временном шаге т частица взаимодействует с каждым материалом ячейки в течение времени а,т, где а, - объемная концентрация і-материала.
При расчете взаимодействия частиц с газовым потоком большое время тратится на выборку тех частиц, которые находятся в каждой конкретной ячейке. Если при расчете каждой ячейки перебирать все частицы, а число маркеров велико, то время расчета взаимодействия газа с пылыо может* на порядки превысить время решения уравнений гидродинамики. Для экономии времени частицы нумеруются специальным образох«: чехе раньше идет обращение к ячейке, тех« меньшие номера имеют расположенные в ней частицы. После каждого временного шага частицы могут псрехісщаться из одной ячейки в другую. Поэтому на каждом шаге производится пересортировка частиц и изменение их номеров. Для этого используется стандартная процедура “ЬеарзоН", которая требует только одну дополнительную ячейку памяти и работает очень быстро. Время пересортировки .'V маркеров пропорционально .'V 1п /V, а не Лг2, как, например, при использовании метода “всплытия пузырька". В результате исиользования этого алгоритма даже при числе маркеров N = 106 большая часть времени уходит на расчет движения газа, а не частиц.
Таких« образом, описанный алгоритм позволяет моделировать газодинамические течения с частицами без больших временных затрат при достаточно высокой точности и дает правильные решения в случае, когда время обмена импульсом между газом и частицами много меньше характерного времени задачи.
Выводы по главе 1
Разработана и реализована в виде программы численная методика расчета атмосферных течений, вызываемых сильными возмущениями. Основными составляющими этой методики являются разностная схема расчета уравнений газовой динамики и алгоритм расчета взаимодействия газового потока с конденсированными частицами.
Схема расчета уравнений газовой динамики является полностью консервативной и позволяет выделять границы между областями, занятыми веществами с различными термодинамическими и оптическими свойствами. Схема устойчива при менее жестком ограничении на шаг по времени, чем условие Куранта.
Алгоритм расчета взанмодействия пылевых частиц с газовым потоком не вносит дополнительного ограничения на шаг по времени и обеспечивает точные значения скорости частиц (скорость стационарного осаждения) при большом временном шаге. Алгоритм основан на использовании достаточно большого числа (“V Ю5) частиц представителей, каждая из которых описывает, в свою очередь, движение большого (~ 10® -г- Ю10) числа реальных частиц, имеющих близкие траектории. Быстродействие алгоритма обеспечивается сисци-
21
альным упорядочиванием множества частиц-прсдставителей и использованием на каждом шаге эффективной процедуры сортировки.
22