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湍流如何增强沉降颗粒的聚结,并应用于云中的降雨。 (英语) Zbl 1205.86023号

摘要:通过对密度等于流体密度的\(β(>1)\)倍的小惯性粒子的理论、数值和实验研究,表明这些粒子被“离心”出涡流和湍流中的涡流。因此,在重力加速度(g)的存在下,它们在临界半径(a{cr})以下的尺寸范围内的平均沉积速度(V{T})显著增加了约80%。我们表明,在充分发展的湍流中,(a{cr})由最小Kolmogorov微尺度涡旋的环流(Gamma{k})决定,但几乎与湍流能量耗散率(varepsilon)无关,因为(Gamma_k}大约等于运动粘度(nu)。结果表明,对于大多数类型的云中的水滴,(a{cr})的变化近似于(nu^{2/3}g^{-1/3}(beta-1){-1/2}),约为(20μm)m((pm2μm)。提出了新的计算方法,以说明这种现象是如何导致这些“大”液滴与小于(a{cr})的液滴之间发生更高的碰撞速率,从而导致液滴在该临界半径以上的快速增长速率。云湍流中液滴尺寸谱的计算结果与实验数据吻合良好。该分析解释了为什么无论云层湍流程度如何,云滴都可以从20米快速增长到80米,这一分析也适用于典型沙粒/泥粒的(a{cr}sim)1毫米。这种与不相等的液滴/颗粒尺寸相关的机制并不取决于涡流周围较高的颗粒浓度,其结果在数量和物理上与基于这一假设的理论不同。

MSC公司:

86A10美元 气象学和大气物理学
76层25 湍流输送、混合
76T99型 多相多组分流动

关键词:

湍流;聚结;液滴;
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