Р. Скорер - Аэрогидродинамика окружающей среды (1115254), страница 81
Текст из файла (страница 81)
тнпн нзые выбросы сг молс~ои лежат за прел .тами лаз~риммы. Если точка, хараьтергззузощая состояние окруясвюшего возлуха, находится в ааштрнховааиай области, смесь 6>.дет иасыгцаться в некоторой точке по иере разбавленяя выброса за счет пореьгьзпннаиня, в случае если то~ка лежит вылов кривой насыщения для льда. Если точке, характеризующая окружающий воздух. лежит в лважды звштрнховвнноп области к облако. образованное ирн перемешнваннп, приводящем к перенасыщению. замерзает, то оно ое отлет испаряться, сколько бы смесь ия разбаизялась окружающим воздухом, поскольку воздух лежит выше кривой насыщения для льла !уровня сублимации льда>.
2,0 /,0 о -50 -ба -ЗО уиыптгоатУАза, 'Г -30 Рис. 11.3.2, То же, что н на рис. !!.3.1, но для давления 400 мбар, соответ- ствующего высоте 7300 и. ОЬЛАКА И ОСАДКИ характеризующая их на диаграмме, определяется лишь приблизительно направлением касательной к кривой насыщения для воды Если окружающий воздух представлен точкой в заштрихованной области слева от точки касания между этой касательной и кривой насыщения для воды, то на некоторой стадии смешения точка, представляюпгая смесь выхлопа с окружающим воздухом, будет находиться выше кривой насыщения; это означает, что будет образовываться облако.
Если точка, характеризую1цая 1,0 в -ап -40 -ЮО Тгмлгрнгоудя С Рнс. !1.3.3. То нге, что н на рнс. 11.3.1, но для давленая 250 мбар, соответ- ствующего высоте 10400 м. окружающий воздух, лежит ниже кривой насыщения для льда в полузаштрихованной области, то облако быстро испарится. Если она лежит между кривыми насыщения для льда и воды в полностью заштрихованной области и если облако замерзло, то опо будет сохраняться долго.
Облако нансрняка замерзнет, если его температура будет ниже — 40'С; в других случаях оно может замерзнуть или пе замерзнуть в зависимости от природы ядер конденсации. Обычно облако состоит из очень большого числа чрезвычайно маленьких (менее 1 мкм в диаметре) частиц и не замерзает, так как персмешивапис дронсходит слишком быстро для того, чтобы опо успело замерзнуть.
Воздух на высотах, соответствующих давлениям 400— 550 мбар, имеет температуру, как правило, выше — 40'С, и копденсациопный след за самолетом не виден. Но выше изобары -350 мбар (т. е. при более низком давлении) температура ниже — 40'С наблюдается весьма часто. Кондспсациопный след„ ГЛАВА П 442 чоэ к гоо уар 7бо муар гром р -уо С ОПО муар -оп с бпп гр -бп с боомн р -бп.с 7ппмпар -го с -го с,' „-и с о'с го с гас Рнс. !1.3.4. Тефнграмма, представляювтан свойства самолетных следов.
Сухие аднабаты — лна~оиалгс размеченные е градусах К. Пютермы помечены слепа н снизу рисунки н 'С. Диаграмма ппказыиаст сиойстна следоп п соотнетстпии с положением то ~кн, характеризующей окружающий поз тук я аид таллина, Мнитра — разделительная «рииая. ниже которои след ис образуется. Она находите» иа минимальной иысотс лля метана, содержание иодород» н котором среди рассматрнааемых нндон таллина максимально. Область, е которой нозможеи слеп при типичном для самотета топтиие — керосине, заштрнхоааиа.
Предельные линни, ниже которых след не образуется, показаны для насыщснкого н для сукого аоздуха. При температуре пыже — 4О'С аозможеи нека. мерзающнй след. Положение тропопаузы, аыше которой влажность много меньше, »оказано иолиистой г1ганиией. Ниже тропопаузы нозможеи сохраняющийся след, поскольку оаа может накопиться нише уровня испарения льда. Выше тропопаузы воздух обычно слишком сух дэя то~о, гтобы след сохранился. П!трихоиой лшгисй прелстаалеиа стандартная атмосфера 1САО. Результаты эондироаання реальная атмосбзеры почти нездс иад землей лежат, но-анднмому, а пределах полосы 1о'С от этой липин.
Отсюда можно иилеть, что сохраняющиеся следы наиболее аероятиы а полосе 330 — 300 ибар. Рисунка 11,3,1 — 11,Зл пакты нз работы скорера и давснпорта п970). овллкх и осадки таким образом, формируется при условии, что окружающий воздух имев~ характеристики, соответствующие области между кривой насыщения для воды и касательной к пей, и сохраняется, если указанные характеристики лежат выше кривой насьпцепия для льда. Это показано на рис. 1!.3.4, на котором тсфиграмма повернута так, чтобы изобары имели вид приблизительно горизонтальных прямых. Если окружающий воздух имеет характеристики, соответствующие нижней правой незаштрихованнойчасти диаграммы, то след не образуется.
Если они расположены в заштрихованной области, то след, возможно, появится. Но это произойде~ наверняка только в том случае, когда воздух холоднее, чем линия «сухой» минтры (рис. 11.34), Положение этой липни зависит от процентного содержания водорода в топливе, и поэтому приведено несколько кривых для различных видов топлива.
В качестве границы заштрихованной области выбрана линия, относящаяся к самолетным следам, возникающим при сгорании керосина. Топливо См11м рассматривается из соображений военного харакгера: при использовании этого- топлива имеется наибольшая возможность избежать образования видимого следа. Нижняя часть заштрихованной области помечена на рисунке надписью «возможен влажный следы Опа является частью большей области, где «возможен след», и характеризуется температурой выше — 40'С. Волнистой линией отмечена область, в которой на средних широтах наиболее вероятна тропопауза. Эта область находится приблизительно между изобарами 200 и 300 мбар, Выше тропопаузы воздух обычно слишком сух, чтобы в нец образовывался след, и поэтому на рисунке след в агой области называется «полусохраняющимся».
Под тропопаузой воздух часто находится в состоянии насыщения льдом, так что там может образовываться «сохраняющийся след». На рисунке показана также стандартная атмосфера !СЛО (Международной организации гражданской авиации). Для нее тропопаузе соответствует точка, находящаяся на уровне 235 мбар при температуре — 57=С.
От уровня 360 мбар до поверхности земли линия стандартной атмосферы находится ниже липин миптры, проведенной через точку, общую для этих двух линий, на уровне 360 мбар. На практике маловероятно, чтобы след возникал много ниже этой разделительной линии, так как реальная атмосфера отличается от стандартной обычно пе более чем на 20'С. ГЛАВА !1 11.4. Динамика конденсационного следа от самолета Видимый след начинается примерно в 30 и от самолета. На рис. ! !.4.! приведены функции тока воздуха, сопровождающего вихри следа (см.
равд. 9,!О). В центре рисунка виден клуб, Рнс, 11.4,1. Линии тока внутри сопровождающего объема для пары вихрей, которая прнблнжеппо списывает иоле скоростей в поперечном сечении само- летного следа конденсации в начальный момент времена. центры вихрей помечены крестиком. В праной половине рисунка покачаиы следы никло. пов от двух прелых моторов, а в центре — след выхлопа цснтральиото мотора. Слова и э.ханы последовательны снихраииые положения рек частиц, перв начально нахоловшихся иа торнхоитальпой лицин, а также последоиа.тхмьиые полив,синя липни, соединяю.
Шеи этн частицы, показывающий поперечное сечение следа от сопла одномоторного самолета, Справа имеются два клуба, образовавшиеся в следе от правых двигателей четырехмоторного самолета. В левой части рисунка показаны три последовательных положения трех частиц, первоначально находившихся в следе па одной горизонтальной линии. За время, пока внешняя из грех частиц делает более одного оборота вокруг вихря, две внутренние делают две трети и одну восьмую оборота соответственно, Следовательно, следы от двух внутренних двигателей чстырсхмотор- 445 ОБЛАКА Н ОСАДКИ ного самолета окажутся ниже внешних следов.
Так как постоянно существуют диффузия и сдвиг ветра, то показанные на рисунке следы могут быть различимы по отдельности пе более 20с. Так как следы внешних двигателей с обеих сторон зачастую подтягива|отся непосредственно к центру вихря, где давление ниже (возможно, более чем на 50 мбар), то они сохраняются дольше. Приблизительно через 30 с полета самолета след часто имеет вид двух облачных трубок, в которых поток, по-видимому, х х — сз Началаныо лапаисония пилраг Отрезания оортикалзная голоса Облочнап трубка " а ядро пилргг Слоу аи пнртрониого мотора анина 1 солрооожда ююегп обввма Рггс.
! 1.4лн Форма облака от четырехмоторного самолета через ЗО с после пролета самолета. Трехмоторный самолет дал бы более четко очерченную облачнуго завес>. с острым верх. ннм краем, поскольку копденсацноепыб след от центрального мотора быстрее воалекеетса в верхнюю часть сопроаох.гаюгдего воздуха, чем след от внутреннего бокового мотора у четырехмоторного самолета. нс является турбулентным. Большая часть облака от внутренних двигателей (количественпая характеристика зависит от места расположения двигателя) оказывается на периферии сопровождающего потока и отрывае~ся выше верхней точки торможения (см, рис.
9.10.3). Именно эта часть образует вертикальную завесу из облаков, распространяющуюся до уровня первого отрыва (рис. 11.4.2). Пара вихрей имеет неустойчивую конфигурацию, так как она испытывает ускорение, направленное вниз, и любая часть, чуть опередившая другую, будет выглядеть как искривление следа вниз илн внутрь (рис. !1,4.3). Если имеется след от центрального двигателя, то он образует клубы, выступающие вниз (рис. 11.4.4).
Однако если в центр вихрей попадаю~ только два следа, то они искривляются по направлению вниз и быстро ГЛАВА П Вид сверху Рис. 11.4.3. Виды трубчатых следов. находящихся в ядрах вихрей (точка наблюдения для вида сбоку несколько приподнята). Нсрсжатые участки следа опустятся кяже, Рис. !1.4.4. Конденсационныс следы от трехмоторного (вверху) и четырех- моторного (внизу) самолетов. Па порхаем сакмьс видна сблачвая ааасса осковап» от цсятральпого мотора; облач. яые трубки в впчрспых ядрах бачес слоткые кз-за бажс икзкогп даалеяп». Трубки пачкаажт саорачнааться а петли. На аажяем снимке показав снизу след ст четырекмотораого самолета ва повороте.
В двпжекпк выброса прксутстяуст боковая составляюгдая, благодаря чему Форму следа мозько рассмотреть спкзу. Клубы яоявалксь а кзогкутйх вкяэ частях слепа там, где вкхрп разруп~а.тась, размешав трубчатые облака 1ряс. П.4Л1. ОБЛАКА И ОСАЛКИ Рнс. 11.4.5.
Сннмок турбртептпого следа, сделанный с самолета прн полете непосредственно пад облачпыаг слоем (фотографня В. Дж. Планка). становятся неустойчивыми, так как перемешиваемый воздух вовлекается от внепгней границы сопровождающего потока вниз к центру следа, как описано в равд. 9.10. Если самолет летит выше облачного слоя, то поток от него образует в этом слое безоблачный шлейф (рис. 1!.4.5), а сслп клубы следа достигают основания облачного слоя, то в слое образуется ряд просветов (рис. 11.4.6). Расположение просветов и конфигурация следа, наблюдаемые в случае, когда имеются две облачные трубки (рис. 11.4.7), очевидно, связано с их тотщппой, но эта связь не очень регулярна и не определяется одной длиной волны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
