ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ ВОЗДУШНОГО ПОТОКА У ПОВЕРХНОСТИ С УЧЕТОМ ОСОБЕНОСТЕЙ МИКРОСТРУКТУРЫ

Автор: Елена Александровна Малиновская

Организация: Институт физики атмосферы им.А.М.Обухова РАН

Эмиссия частиц микронного и субмикронного размера связывается с наличием потока сальтирующих частиц [1], усиливается с увеличением высоты эффективной шероховатости [2] и имеет кубическую зависимость от динамической скорости [3]. Другой механизм выноса связан с возникновением тепловых конвективных потоков над поверхностью [4]. Соотношение доли падающих частиц к частицам, выносимым с поверхности, возрастает при движении вверх по наветренному склону дюны [5, 6]. Этот факт позволяет сделать вывод о преобладании вертикального механизма выноса частиц над сальтационным (ударным). Проведены исследования условий отрыва отдельных частиц и влияния на этот процесс возникновения и роста эоловых микроструктур.

Рассмотрено обтекание микроряби высотой 0,1-1 мм при скоростях воздушного потока до 4 м/с на высоте 1-2 см с использованием открытого пакета LES model in openFOAM. Добавление на шероховатую поверхность обтекаемой эоловой структуры борозд у вершины приводит к смещению точки отрыва восходящих потоков, к изменению протяженности зоны рециркуляции и временных интервалов струйного усиления ветра у вершины, которое наблюдалось в частности в [7]. Эксперимента с добавлением борозды добавлены с учетом численных исследований для обтекания отдельных частиц для области 5х5х2 мм при скорости воздушного потока на верхней границе 2,8 м/с, выбираемой в соответствии с данными экспериментов в ветровом канале [7]. В зависимости от расстояния между частицами меняются выталкивающая сила, действующая со стороны воздушного потока, критическая скорость и начальные скорости вылета частицы. Как следствие, появляются области с различной вероятностью ветрового выноса, за счет чего, в частности, возникает эоловая рябь.

Исследование выполнено при поддержке проекта РНФ 20-17-00214.

1. Houser C. A., Nickling W. G. Sedimentology. 2001. 48(2). 255-267.
2. Martin R.L., Kok J.F.  J. Geophys. Res. 2018. 123(7). 1546-1565.
3. Shao Y., Raupach M. R., Findlater P. A. Effect of saltation bombardment on the entrainment of dust by wind //Journal of Geophysical Research: Atmospheres. – 1993. – Т. 98. – №. D7. – С. 12719-12726.
4. Chkhetiani O. G. et al. Dust resuspension under weak wind conditions: direct observations and model //Atmospheric Chemistry and Physics. – 2012. – Т. 12. – №. 11. – С. 5147.
5. Malinovskaya E.A. Izv. Atmos. Oceanic Phys. 2019. 55(2). 86-92.
6. Neuman C.M.K et al.  Sediment. 2000. 47(1). 211-226.
7. Semenov O.E. Introduction to experimental meteorology and climatology of the sand storms. Almaty. 2011. p 580 (in Russian).