ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕПЛОВОГО ПЕРЕНОСА В КАНАЛАХ ПЕСЧАНОЙ ПОЧВЫ НА ВОЗНИКНОВЕНИЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ У ПОВЕРХНОСТИ И ВЕТРОВОЙ ВЫНОС

Автор: Денис Романович Малиновский

Соавторы: Малиновская Елена Александровна

Организация: СтГАУ

Взаимодействие сред с различной динамикой движения рассматривается в рамках ветрового выноса частиц поверхности эолового происхождения. 

Крупные частицы размерами от 30 до 300 мкм подскакивают над поверхностью до высоты около 20 см (сальтации), мелкие частицы микронного и субмикронного уровня поднимаются до высоты тысяч метров. Эти два различных типа движения связаны между собой [1]. Изменение концентраций микрочастиц связано с изменениями температуры поверхности и воздуха [2]. Поэтому необходимо изучение взаимодействий на микро-уровне в каналах пористой сыпучей среды. 

Для масштабов порядка долей и десятков микрометров проведение натурных экспериментов затруднено. В вычислительном эксперименте исследовалось влияние изменений температуры поверхности и скорости горизонтального потока над поверхностью на движение в пористой среде.

Область, повторяющая форму воздушного канала между частицами поверхности одного размера при прямоугольной укладке, построена с использованием моделирования 3D-объектов.

В качестве граничных условий при численном моделировании микропроцессов в воздушных каналах между частицами на поверхности приняты следующие: температура поверхности меняли от 310° до 350° К с шагом в 10°, скорость воздушного потока на верхней границе – от 0,01 до 0,05 м/с с шагом 0,01 м/с. 

Вычислительный эксперимент реализован с использованием OPEN FOAM для ламинарной модели, учитывающей теплоперенос (рисунок). Величина составляющей скорости Uz восходящего потока в области взаимодействия модельной области канала с верхним потоком возрастает с увеличением температуры от 0,002 м/с до 0,0026 м/с, что определяет механизм микроконвекции у поверхности. В нижней области под слоем частиц составляющая скорости Uz отрицательна и скачком возрастает по модулю при температуре выше 330 К, что способствует отрыву от поверхности крупных сальтирующих частиц и выносу из пор частиц микронного и субмикронного размера.

Исследование выполнено при поддержке проекта РФФИ 19-05-50110.

1. Houser C. A., Nickling W. G. Sedimentology. 2001. 48(2). 255-267. 

2. Chkhetiani O. G. et al. Atmospheric Chemistry and Physics. 2012. 12(11). 5147.