Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Диффузия и спектры размеров частиц взвеси в суспензионном течении

Диссертация: Диффузия и спектры размеров частиц взвеси в суспензионном течении
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Впервые получен профиль числа Шмидта. Установлено, что активность твердой примеси увеличивается с высотой над уровнем дна при переходе из придонного пограничного слоя в слой смешения плотностного течения. Разработана и проверена методика расчета вертикального распределения профиля числа Шмидта. Суспензионные потоки — широко распространенный вид придонных стратифицированных по плотности течений… Читать ещё >

Диффузия и спектры размеров частиц взвеси в суспензионном течении (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Глава I. Обзор результатов исследований турбулентной диффузии и спектров размеров и взвешенных частиц
    • 1. Типы гранулометрических спектров взвеси и метода их описания
    • 2. Вертикальное распределение коэффициента турбулентной диффузии
  • Глава II. Характеристика объекта, методов и результатов исследований диффузии взвеси в плотностном потоке
    • 1. Объект исследований
    • 2. Аппаратура и методика
  • Глава III. Распределение коэффициента турбулентной диффузии
    • 1. Особенности профиля коэффшщента диффузии взвеси
  • Диффузионный триплет
    • 2. Сдвиговая и проникающая составляющие коэффициента диффузии и их связи с осредненными параметрами течения
    • 3. Профиль числа Шмидта
    • 4. Распределение концентрации взвеси в суспензионном ечении
    • 5. Основные результаты
  • Глава IV. Спектры размеров частиц взвеси в плотностных течениях
    • 1. Описание экспериментальных данных
    • 2. Анализ спектров размеров взвеси,
    • 3. Аналитическое описание спектров размеров частиц взвеси с учетом влияния нестационарности и адвективных изменений концентрации
    • 4. Методика аппроксимации спектров размеров взвеси
    • 5. Связи параметров распределения частиц взвеси по размерам с осредненными характеристиками течения
  • Глава V. Нестационарность гранулометрических спектров взвеси
    • 1. Структура поля возмущений концентрации взвешенных частиц
    • 2. Волновые преобразования спектров размеров частиц
  • Глава VI. Структурная диагностика плотностного течения по распределениям частиц
    • 1. Восстановление профилей средней скорости
    • 2. Связь спектров размеров частиц с турбулентными характеристиками течения

Суспензионные потоки — широко распространенный вид придонных стратифицированных по плотности течений. Скорость распространения этих потоков вдоль наклонного дна под слоями вод меньшей плотности определяется повышенной концентрацией взвеси в придонной области.

Придонные стратифицированные течения относятся к числу основных форм движения водных масс в глубинных слоях озер, морей и водохранилищ Для этих течений характерно неоднородное устойчивое распределение плотности жидкости р по высоте 2. Рост плотности с глубиной обеспечивается термической, соленостной и суспензионной стратификациями.

Значительная часть материала суши, продуктов речного и промышленного стоков переносится придонными потоками из зон их формирования в глубоководные районы. В зависимости от скоростей плотностных течений возможны не только перенос взвеси, но донная эрозия с образованием подводных каньонов, а также разрушению подводных линий связи и других коммуникаций суспензионными потоками.

В связи с этим встает важнейшая научная и прикладная задача изучения придонных плотностных потоков, разработки методов их контроля, расчета и прогноза воздействия этих течений на рельеф дна, физико-химические свойства и структуру гидродинамических полей.

Взвешенные частицы разной крупности в стратифицированных течениях представляют собой набор естественных трассеров, изменения концентрации которых могут не только отражать, но и вызывать преобразования амплитудно-частотных характеристик турбулентности. Выявление закономерностей взаимодействия твердой примеси с турбулентным потоком позволяет применить профильные измерения концентрации и спектров размеров взвеси для исследования структуры течения. Выявление связей распределения частиц по размерам с параметрами поля скорости дает возможность диагностики структуры потока по результатам гранулометрического анализа.

Поиск методов такой диагностики ведется в данной работе. Предлагаются новые способы аналитического описания спектров размеров взвешенных частиц и распределений коэффициента диффузии взвеси, учитывается влияние вихреволновой нестационарности.

Основные результаты и выводы.

1. Выявлено и представлено аналитически распределение профиля коэффициента турбулентной диффузии взвеси — диффузионный триплет, полученное с учетом процессов турбулентного обмена в сдвиговых слоях и ядре суспензионного течения. Обнаруженная структура распределения коэффициента диффузии обусловлена следующими факторами:

— влиянием сдвиговой турбулентности на границах потока, там, где коэффициент диффузии пропорционален градиенту скорости;

— переносом взвеси вихреобразованиями, проникающими через область с нулевым градиентом скорости в ядре потока, где сдвиговые составляющие равны нулю.

2. Впервые получен профиль числа Шмидта. Установлено, что активность твердой примеси увеличивается с высотой над уровнем дна при переходе из придонного пограничного слоя в слой смешения плотностного течения. Разработана и проверена методика расчета вертикального распределения профиля числа Шмидта.

3. Предлагаемый полуэмпирический метод описания профиля коэффициента турбулентной диффузии в придонном плотностном потоке позволяет рассчитывать распределения концентрации взвеси с различными знаками локальной кривизны и ступенчатые.

4. С применением теоретических эпюр5(г) расшифрована структура поля возмущений концентрации. В придонном стратифицированном течении обнаружены колеблющиеся с амплитудой до 10 м нефелоидные слои с повышенной концентрацией взвеси. Динамика этого процесса определяется развитием внутренней волны в плотностном потоке.

5. Установлено, что периодическая ежена одно-модального спектра размеров частиц взвеси в плотностном потоке распределением с дополнительным максимумом в правой части спектра обусловлена воздействием внутренней волны на течение. Выявлена возрастающая по закону зависимость содержания частиц крупнейших фракций от вертикальной компоненты скорости волны.

6. Получена и проверена функция распределения частиц по размерам, отражающая влияние гравитационного оседания, турбулентной диффузии и внутренней волны на перенос взвеси в придонном плотностном потоке.

7. Разработан метод восстановления формы профиля скорости плотностного потока по эпюре концентрации взвеси. Методика проверена путем сравнения расчетных данных и данных прямых измерений в океане, водохранилищах и лабораторном лотке. Выявлены и проверены возможности диагностики структуры турбулентного плотностного потока с внутренней волной по спектрам размеров частиц.

В заключений хочу выразить глубокую благодарность и признательность научному руководителю, доктору физикоматематических наук Борису Исаевичу Самолюбову за интересную постановку задачи, постоянное внимание, за помощь и руководство моей работой.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Е.П., Поборчая Л. В., Сперанская A.A. О профиле скорости в пограничном слое турбулентного стратифицированного потока // Изв. АН СССР. Сер. Физ. Атмосф. и Океана. 1978. т. X1. С. 1110−1114.
  2. Г. И., Галёркина Н. Л., Лебедев И. А. Математическая модель нижнего квазиоднородного слоя океана влияние термохалинной стратификации, уклона дна и приливных колебаний // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 1993. т.29. № 4. С.537−542.
  3. М.А. Динамика русловых потоков // М. Гостехиздат. 1955. Т.2
  4. А. Введение в океанографию // М. Мир. 1978. 574с.
  5. В., Драйард Д. Статистические методы в экспериментальной физике. //М. Атомиздат. 1976. 335 с.
  6. A.A. Экспериментальные исследования турбулентных характеристик придонных плотноетных потоков. Дисс. канд.физ.-мат. наук. М.МГУ. Физ. ф-т. 1979. 170 с.
  7. Л.М. Исследования по физике грубо дисперсных аэрозолей. // М. Изд-во АН СССР. 1961. 267 с.
  8. H.A. Перенос твёрдых частиц турбулентными потоками воды.//Л.:Гидрометиздат. 1966. С. 173−208.
  9. A.C. Теоретические основы геофизической гидродинамики. // Л.:Гидрометиздат. 1988. 424 с.
  10. ПрандтльЛ. Гидроаэромеханика.//М. Изд. Ин. лит. 1951. 575 с.
  11. Л.В., Чижов В. П. Наблюдение суспензионного потока в Рижском заливе. // Вестник МГУ. Сер.З. 1972. № 4. С.395−399.
  12. Ю.Г., Самолюбов Б. И. Аппаратура для измерений скорости течения, температуры воды и концентрации взвеси в водохранилище // Гидротехническое Строительство. 1988. № 4. с.48−51
  13. Ю.Г., Самолюбов Б. И. Методика исследования спектров крупности взвеси на автоматическом анализаторе изображений. // Учёные МГУ науке и производству. М.: МГУ. 1989. С. 26−27.
  14. Пыркин Ю. Г" Самолюбов Б. И., Дебольская Е. И. Зарождение придонного течения в естественном водоёме при разных типах плотностной стратификации. // Водные ресурсы. 1980. № 4. С. 144−155.
  15. Ю.Г., Самолюбов Б. И., Кузнецов A.A. О турбулентной структуре естественного плотностного потока в области его формирования. //Метеорол. и Гидрология. 1982. № 4. С.66−74.
  16. Л. Н., Самолюбов Б. П., Силаева JI.B. Преобразование спектров размеров взвешенных частиц в придонном плотностном потоке. // Доклады Академии Наук. 1999. т. 362. № 4. С. 1−5.
  17. .И. Взаимодействие сдвиговых слоев и инверсионных структур придонного стратифицированного течения. // Океанология. 1986. т.26. № 6. С.920−930.
  18. .И. Турбулентная диффузия в локальных сдвиговых слоях придонного стратифицированного течения с взвешенными частицами. // Изв. АН СССР. Сер. Физика атмосф. и океана. 1986. т.22 № 5. С.513−524.
  19. .И. Взаимодействие полидисперсной взвеси с турбулентным течением в слое смешения. // Изв. АН СССР. Сер. Физика атмосф. и океана. 1988. т.24. № 12. С1328−1330.
  20. .И. Диффузия полидисперсной взвеси, энерго- и теплообмен под влиянием вихреволновых структур в течении. // Сб. Гидрофизические процессы в реках, водохранилищах и окраинных морях. М.: Наука. 1989. С. 180−197
  21. .И. Адвективные изменения концентрации взвеси в суспензионном течении с термической стратификацией. // Метеорол. и гидрология. 1990. № 3. С.79−87.
  22. .И. Профиль масштаба турбулентности в слое смешения течения, распространяющегося вдоль твердой поверхности. У/ Вестн. МГУ. Сер.З. Физика и астроном.1991. т.32. № 4. С.80−86.
  23. .И. Натурные и теоретические исследования турбулентной структуры полей скорости и плотности в слое смешения гравитационного течения. //Водн. ресурсы. 1991. № 5. С.37−54.
  24. .И. Структура стратифицированного течения, взаимодействующего с дном. 7/ Международная конф. «Геофизика и современный мир». Тез. докл. М.МГУ. 1993. С.172-Т73.
  25. .И. Методы и результаты структурной диагностики и математического моделирования придонных течений. -В кн. Взаимодействие в системе Литосфера гидросфера — атмосфера. // М. Недра. 1995. 350 с.
  26. .И. Динамика и структура придонного плотностного течения // дис. Док. Физ.-мат. наук: 04.00.23. М. МГУ. 1996. 498с.
  27. .И., Быстрова H.A. Структура плотностного течения и внутренних волн в его толще. // Вестник МГУ. Сер. Физика и астроном. т.35. № 1. 1994. С.79−87.
  28. .И., Галкин C.B., Зеленов A.A. Флуктуации распределений скорости при влиянии взвешенных частиц на турбулентность в придонном течении. 7/ Изв. АН СССР Сер. Физика атмосф. и океана. 1983. т. 19. № 11. С. 1188−1196.
  29. .И., Галкин C.B., Зеленов A.A., Силаев М. А. Структура нестационарного придонного взвесенесущего течения. /У Водн. ресурсы. 1986. № 2. С.77−85.
  30. .И., Кременецкий.В.В. О вихревошювой структуре плотностного потока. // Вестник Московского Университета, Физика ж астрономия. 1996. № 6. с. 106−109.
  31. .И., Пыркин А. Ю. Воздействие крутшомасштабной турбулентности на структуру пограничного слоя плотностного течения. // Вестник Московского Университета, Физика и астрономия. 1982. т.23. № 6. с.32−38.
  32. .Й., Силаева Л. В. Диффузионный триплет в суспензионном течении // Вестник Московского Университета, Физика и Астрономия. 1995. т.36. № 5. с.63−67
  33. .И., СилаеваЛ.В. Восстановление профиля скорости суспензионного течения по распределению концентрации взвеси. //Вестник Московского Университета, Физика и Астрономия. № 2. 1998
  34. .И., СилаеваЛ.В. // Диффузия и спектры размеров частиц взвеси в суспензионном течении. Физика Атмосферы и Океана. № 2. 1998. с.274−282.
  35. .И., Слуев М. В., Кременецкий.В.В., Толкачева O.A. Эволюция поля скорости и распределения коэффициента диффузии в плотностном потоке. // В кн. «Динамика интрузионных течений». Изд. КГТУ. 1997. С. 39−48.
  36. .И., Слуев М. В. О структуре придонного стратифицированного течения. // Метеорол. и гидрология. 1996. № 1. С.91−100.
  37. .И., Толкачева O.A. Распределение коэффициента турбулентной диффузии взвеси по толщине и длине суспензионного течения. // 4-я конф. «Динамика и термика рек, водохранилищ, внутренних и морей». РАН. ИВП. М.1994. т.2. С.321−323.
  38. .И., Тронова Л. В. Гранулометрический состав взвеси и её диффузия в суспензионном течении с внутренней волной. // 4-я конф. «Динамика и термика рек, водохранилищ, внутренних и морей». РАН. ИВП. М.1994. т.2. С.324−326.
  39. Р. Волны в стратифицированной жидкости. -В кн. Аэрогидродинамика окружающей среды. // М.:Мир. 1980. Гл. 5. С.174−249.
  40. И.О. Турбулентность ее механизм и теория У/ М. Физматгиз. 1963. 368с.
  41. Backer Е.Т., Lavelle J.W. The effect of particle size on the light attenuation coefficient of natural suspensions. // J. Geophys. Res. 1984. C89. P. 81 978 203
  42. Chanut J.P., Poulet S.A. Short-term variability of the size spectra particles in a rapidly changing environment. // Estuarine, coastal and shelf science. 1982. № 15. p.497−513
  43. Chikita K.A. Sedimentation by turbidity currents // J. Of the Faculty of Science. Hokkaido Univ. 1980. v.6. № 2. p.255−300.
  44. Chikita K.A. Okumura Yo. Dynamics of river-induced turbidity currents from field measurements // Geoph. Bull, of Hokkaido Univ. 1987. № 49. p.291−300.
  45. Chikita K.A. A field study of turbidity currents initiated from spring runoffs //Water Resources Res. 1989. v.25. № 2. p. 257−271.
  46. Chikita K.A. Dynamic sedimentation process of river-induced turbidity currents: application of an advective diffusion model // Inter. Hydrology and Water Resources Symposium Perth 2−4.1991. p.268−273.
  47. Chikita K.A., Yonimitsu N., Yoshida M. Dynamic sedimentation process in a glacier-fed lake, Peyto-lake, Alberta, Canada // Jpn. J. Limnol. 1991. v.52. № 1. p.27 43.
  48. Delvigne Gerald A.L. Model for Diffusion in Stratified Flows // J. Hydraul. Eng. 1986. v.112. № 11. p. 1069−1086.
  49. Dengler A.T., Noda E.K., Wilde P. Slumping and related- turbidity currents along proposed OTEC cold-water-pipe route resulting from hurricane // 16-th Annual Offshore Techn. Conf. 1984. p.475−480.
  50. Eidsvic K, Brors B. // Contin. Shelf. Res. 1989. 9. № 7. P. 617.
  51. Eisma D., Kalf J. Dispersal of Zaire River suspended matter in the estuary and Angola Basin. // Neth. J. of See Res. 1984. v.17. № 2−4. p.385−411.
  52. Itakura T., Kishi T. Open channel flow with suspended sediments // Hydr. Div. Poc. Amer. Soc. Civ. Eng. 1980. v. 106. № 8. p. 1325−1343.
  53. Kajihara M., Morinaga T., Sekine A. Distribution and upward fluxes of particulate matter near bottom in the southeastern Bering sea shelf// J. of the Ocean. Soc. of Japan. 1986.v.42.p.3 89- 401.
  54. Kranck K., Milligan T.G. Origin of grain size spectra of suspension deposited sediment // Geo-Marine Letters. 1985. v.5. № 1. p. 61−66.
  55. LaunderB.E., SpaldingD.B. //Academic. Orlando. FLA. 1972.p. 169.
  56. Lynch J.F., Gross T.F., Bramley B.H., Filyo R.A. Academic Sediment concentration profiling in HEBBLE using 1-MHz acoustic backscatter system // Mar. Geol. 1991. v.99. № 3−4. p. 361−385.
  57. Morel T, Torda T.P. // AIAA J. 1974. v. 12. p.533−540.
  58. McCave I.N. Particulate size spectra, behaviour and origin of nepheloid layer over the Nova Scotia Continental rise // J. of Geoph. Res. 1983.v.88.№ Cll p.7647−7666.
  59. McLean S.R. Theoretical modelling of deep ocean sediment transport // Marine Geology. 1985. v.66. p.243−265.
  60. McLean S.R. Velocity and stress in the Deep-Ocean boundary layer //J. of Phys. Ocean. 1987.v.17. № 9. p. 1356−1365.
  61. Parker G., Fukuschima Y. Selfaccelerating turbidity currents // J. Fluid Mech. 1986. V.71.p.l45−181.
  62. Newman B. Measuring Particles automatically. // J. Sea Techno! 1987. V. 28, № 2. P. 26−27.
  63. Samolyubov B.I., Silaeva L.V. The turbulent structure of density currents and its diagnostic on suspended particle size spectra // International session «Boundary effects in stratified and/or rotating fluids.» St. Petersburg. June 68. 1995. p. 140
  64. Simpson W.R. Particulate matter in the oceans sampling methods, concentration, size distribution and particle dynamics // Ocean. Mar. Biol. Amn. Rev. 1982.v.20. p. 119−172.
  65. Stacey M.W., Bowen A.J. The vertical structure of density and turbidity currents: theory and observation. It J. of Geophys. Res. 1988. v.93. № C4. p.3528−3542.
  66. Trowbridge J.H., Kineke G.C. Structure and dynamics of fluid mud’s on the Amazon continental shelf// J. Of Geoph. Res. 1994. v. 99. № CI. p. 865 -874.
  67. Van der Hegge. Measurments of the distribution of heat and matter in turbulent jet // J. Appl. Sci. Res. 1957. V.7. Ser. A. p. 277−291.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!