WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 21 |

«А.Е. Алоян ДИНАМИКА И КИНЕТИКА ГАЗОВЫХ ПРИМЕСЕЙ И АЭРОЗОЛЕЙ В АТМОСФЕРЕ Курс лекций Москва 2002 УДК 519.21 Издано при финансовой поддержке ББК 22.16 Российской академии ...»

-- [ Страница 1 ] --

Российская академия наук

Институт вычислительной математики

Кафедра математического моделирования

физических процессов МФТИ

А.Е. Алоян

ДИНАМИКА И КИНЕТИКА

ГАЗОВЫХ ПРИМЕСЕЙ И АЭРОЗОЛЕЙ

В АТМОСФЕРЕ

Курс лекций

Москва 2002

УДК 519.21 Издано при финансовой поддержке ББК 22.16 Российской академии наук A51 по программе целевых расходов Президиума РАН Алоян А.Е.

Динамика и кинетика газовых примесей и аэрозолей в атмосфере / Курс лекций. – М.: ИВМ РАН, 2002. – 201 с. – ISBN 5-901854-05-5 Изложен курс лекций по математическому моделированию динамики и кинетики малых газовых примесей и аэрозолей в атмосфере, читаемый автором студентам пятого курса кафедры математического моделирования физических процессов факультета проблем физики и энергетики Московского физико-технического института.

Приведены базовые математические модели для совместного описания динамических и кинетических процессов, определяющих изменчивость газовых примесей и аэрозолей в атмофере. Значительное внимание уделено атмосферным химическим процессам в газовой и жидкой фазах, а также кинетике формирования атмосферных аэрозолей.

Также рассмотрено применение сопряженных уравнений переноса для решения оптимизационных задач охраны окружающей среды.

Курс предназначен для студентов и аспирантов, специализирующихся в области геофизических исследований и математического моделирования в задачах охраны окружающей среды.

Рецензент доктор физико-математических наук Г.И. Горчаков Печатается по решению Ученого совета Института вычислительной математики Российской академии наук.

Рекомендовано кафедрой математического моделирования физических процессов Московского физико-технического института для использования в учебном процессе.

c ИВМ РАН, ISBN 5-901854-05-5 c А.Е. Алоян, Оглавление Предисловие 1 Уравнения гидротермодинамики мезомасштабных атмосферных процессов 1.1. Энергетический спектр атмосферных движений. Пространственно-временные масштабы атмосферных процессов..................... 1.2. Основные уравнения................. Уравнение Навье-Стокса............... Уравнения Рейнольдса................ Уравнения притока тепла и удельной влажности Напряжения Рейнольдса подсеточного масштаба Приземный слой атмосферы............. 1.3. Расчет коэффициента вертикального турбулентного обмена (k модель)................ Параметризация кинетической энергии турбулентности в приземном слое атмосферы........ 1.4. Численный алгоритм решения уравнений гидротермодинамики.................... 1.5. Модель мезомасштабных атмосферных процессов при наличии орографии............... 1.6. Модель турбулентной диффузии в мезомасштабном пограничном слое................ 1.7. Численный алгоритм решения уравнений распространения примесей в атмосфере.......... 2 Кинетические процессы аэрозолеобразования 2.1. Функция распределения............... 2.2. Кинетические процессы нуклеации и конденсации Бинарная нуклеация.................. 2.3. Численный алгоритм решения уравнения конденсации.......................... 2.4. Феноменологическое уравнение коагуляции.... Ядра коагуляции.................... 2.5. Уравнение коагуляции–дробления.......... 2.6. Численный алгоритм решения уравнения коагуляции........................... 3 Химические процессы в атмосфере 3.1. Газофазные процессы................. 3.2. Жидкофазные процессы............... Уравнения и соотношения равновесия....... Химическое равновесие в жидкой фазе....... Растворение двуокиси серы в воде......... Решение кинетических уравнений жидкофазной химии........................... 3.3. Химия тропосферы.................. Нелинейные модели трансформации примесей.. 3.4. Химическая кинетика................. Численные алгоритмы моделей трансформации. 3.5. Химия стратосферы.................. Фотохимические процессы и формирование озонного слоя........................ Хлорфторуглероды.................. Время жизни ХФУ и галонов в атмосфере.... Полярные стратосферные облака (ПСО)...... Влияние вулканических извержений........ Разрушение озона в средних широтах....... 4.2. Диффузионно-контролируемые реакции...... 4.3. Реакции в растворах электролитов......... 4.4. Совместное рассмотрение процессов в жидкой фазе и на поверхности раздела............. 4.5. Модель сопротивления для описания взаимодействий газ–капля.................... 4.6. Определение скорости гетерогенной нуклеации по 5 Влажная конвекция и формирование облачности 5.1. Уравнения гидротермодинамики влажной конвекции 5.2. Описание микрофизических процессов в модели влажной конвекции..................... Конденсация и испарение водяных капель..... 5.3. Схема численного решения уравнений в модели конвективного облака................... 6 Численная модель глобального переноса паров серной кислоты и образования сульфатных частиц 6.1. Потоки газовых примесей и аэрозолей в приземном 6.2. Влажное осаждение.................. 6.3. Численный алгоритм................. 7 Численное моделирование переноса стойких органических веществ в северном полушарии 7.1. Постановка задачи.................. 7.2. Поток СОВ в приземном слое атмосферы, в почве 7.3. Деградация а атмосфере............... 7.4. Обмен между почвой и атмосферой......... 7.6. Газофазный обмен между атмосферой и морем.. 8.1. Применение сопряженных функций в задачах окружающей среды..................... 8.2. Задачи оптимизации и регулировки мощности источников........................ Предисловие Одной из центральных проблем современной физики атмосферы является математическое моделирование изменчивости газового и аэрозольного состава атмосферы, а также оценка влияния атмосферных примесей на окружающую среду. Атмосфера представляет собой сложную динамическую систему, в которой протекают различные динамические и физико-химические процессы. Эти процессы обусловлены как атмосферной циркуляцией, так и трансформацией газовых и аэрозольных примесей. Основные механизмы – это химические и фотохимические реакции, протекающие в газовой и жидкой фазах, а также кинетические процессы формирования и эволюции аэрозолей. Все эти процессы взаимосвязаны между собой, и поэтому их целесообразно рассматривать в рамках единой модели. В зависимости от пространственно-временного масштаба рассматриваемых процессов используются модели различной степени детализации.

Эта книга ставит перед собой цель ознакомить студентов старших курсов с основными математическими моделями, позволяющими описать все эти процессы и показать их взаимосвязь.

Некоторые из затрагиваемых в книге вопросов широко освещены в литературе.

Поскольку рассматриваемые проблемы имеют междисциплинарный характер, от читателя требуются определенные познания в различных областях науки (гидродинамике, термодинамике, химической физике, вычислительной математике, и др.).

В частности, для мезомасштабных атмосферных процессов рассматриваются как динамические модели, так и модели таких кинетических процессов трансформации газовых примесей и аэрозолей, как нуклеация, конденсация/испарение и коагуляция. Такой путь выбран для того, чтобы ориентировать студентов на решение конкретных физических задач и показать им, как решаются такого типа задачи.

Особое внимание уделено гидродинамическим моделям мезомасштабных атмосферных процессов, влажной конвекции и формирования облачности, поскольку такие входные параметры кинетических моделей, как поле течения, коэффициенты турбулентной диффузии, скорости диссипации энергии турбулентности, изменчивость степени пересыщения водяных паров и газовых примесей и другие, определяются из моделей гидродинамики и имеют принципиальное значение для протекания кинетических процессов.

Курс разбит на восемь глав.

В первой главе даны принципы построения гидродинамической модели для описания мезомасштабных атмосферных процессов, развивающихся как над ровной подстилающей поверхностью, так и при наличии орографии. Приводится математическая модель переноса пассивных примесей в атмосфере. Модель основана на полуэмпирическом уравнении турбулентной диффузии. Обсуждаются вопросы, связанные с определением коэффициентов тензора диффузии. Также излагаются соответствующие численные алгоритмы.

Во второй главе рассматриваются процессы аэрозолеобразования с учетом кинетических процессов нуклеации, конденсации, испарения и коагуляции. Излагаются основные физические принципы построения кинетических уравнений и приводятся алгоритмы численного интегрирования этих уравнений.

В третьей главе приводятся основные сведения из атмосферной химии, необходимые для построения математической модели газофазной и жидкофазной химической кинетики процессов, протекающих в атмосфере. Рассматриваются химические реакции, оказывающие существенное воздействие на окружающую среду, такие как образование сульфатов, разрушение озона и др.

В четвертой главе книги рассматриваются основные физические механизмы, ответственные за взаимодействие в системе газПредисловие частица. Рассматриваются процессы взаимодействия газовых молекул с твердыми и жидкими аэрозольными частицами. Рассмотрение ведется применительно к условиям тропосферы и стратосферы.

Пятая глава содержит пример построения математической модели влажной конвекции и формирования конвективной облачности. Модель включает описание динамических и кинетических процессов, изложенных в предшествующих главах.

Следующие две главы посвящены решению конкретных задач охраны окружающей среды. В шестой главе изложена модель формирования сульфатного аэрозоля, а в седьмой построена модель распространения стойких органических веществ в северном полушарии.

Поскольку многие газовые примеси и аэрозоли так или иначе приводят к загрязнению окружающей среды, возникает проблема уменьшения их негативного воздействия. Поэтому восьмая глава посвящена вопросам, связанным с исследованием функции чувствительности отдельных регионов к загрязнению. В этой главе рассматриваются сопряженные уравнения переноса примесей, а также приводятся некоторые задачи оптимизации по регулированию мощности источников с целью уменьшения ущерба, наносимого окружающей среде.

Идея создания этого курса лекций принадлежит академикам Г.И. Марчуку и В.П. Дымникову. Автор выражает им глубокую признательность. Ряд изложенных в книге математических моделей разработан с участием В.О. Арутюняна и П.И. Лузана.

Автор благодарит их за помощь в работе над книгой, а также выражает признательность д.ф.-м.н Г.И. Горчакову, прочитавшему рукопись и сделавшему ценные замечания. Отдельная благодарность В.В. Лебедевой, взявшей на себя нелегкий труд редактирования рукописи.



Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 21 |
 


Похожие работы:

«УТВЕРЖДАЮ Ректор ВГТУ В.Р. Петренко. _ 20г. Основная образовательная программа высшего профессионального образования Направление подготовки 221000 Мехатроника и робототехника код, наименование направления подготовки (специальности) Квалификация выпускника: бакалавр бакалавр, магистр, специалист Профиль: Промышленная и специальная робототехника наименование профиля, магистерской программы, специализации по УП Форма обучения: очная очная, очно-заочная, заочная Срок освоения ООП: 4 года...»

«Знакомьтесь: атомная станция Эффективность, безопасность, надежность 2008 г. 2 Ростовский информационно-аналитический центр Волгодонской АЭС Авторский коллектив Кандидат физико-математических наук А.С. Боровик Доктор физико-математических наук В.С. Малышевский С.Н. Янчевский Научный консультант Кандидат физико-математических наук Ю.П. Кормушкин Книга рассказывает о сегодняшнем положении дел на Волгодонской/Ростовской атомной электростанции, знакомит читателей с ее устройством. Рассмотрены...»

«Лотос-Пресса Санта Фе, Нью-Мехико ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ 5 ПРЕДИСЛОВИЕ 8 ГЕРБОЛОГИЯ: ВОСТОК И ЗАПАД 13 ПРОЯВЛЕНИЯ СОЗНАНИЯ В РАСТЕНИЯХ 16 ИСТОКИ АЮРВЕДСКОЙ МЕДИЦИНЫ 22 Духовные истоки 22 Три гуны 23 Пять элементов 25 Три доши 26 Семь тхату и оджас 37 Пять пран 40 Системы организма (сротас) 42 Агни и растения 44 ЭНЕРГЕТИКА ТРАВ 46 Вкус (раса) 46 Энергия (вирья) 49 Випака. Пост-пищеварительный эффект 52 Прабхава. Особая сила воздействия 54 Описание шести вкусовых характеристик 55 КОРРЕКЦИЯ...»

«Никакое будущее невозможно без прошлого. Дмитрий Медведев, Международный экономический форум в Санкт-Петербурге,...»

«Аннотации рабочих программ по на правлению 110800.62 Агроинженерия профиль Электрооборудование и электротехнологии в АПК Аннотация программы дисциплины ИНОСТРАННЫЙ ЯЗЫК 1 курс. Дисциплина иностранный язык является частью гуманитарного цикла дисциплин подготовки студентов по направлению подготовки бакалавров в области Агроинженерия. Дисциплина реализуется в институте Энергетики и управления энергетическими ресурсами АПК кафедрой иностранных языков. Дисциплина нацелена на формирование...»

«Кафедра Судовых энергетических установок СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ СУДОВЫМИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ УСТАНОВКАМИ КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ для студентов специальности 7.07010402 Эксплуатация судовых энергетических установок дневной и заочной форм обучения Керчь, 2012 г. УДК 681.51:629.5.064.5 Автор (составитель): Д. И. Осовский, к. т. н., доцент кафедры СЭУ КГМТУ. Рецензент: Крестлинг Н.А., к.т.н., доцент кафедры СЭУ КГМТУ. Конспект лекций рассмотрен и одобрен на заседании кафедры СЭУ КГМТУ, протокол № 2...»

«На чём ты медитируешь, Подруга светлых дней? Какую мантру дашь душе Измученной моей? БГ. Часть первая. Цветок мира Четыре года назад наша машина летела по залитому солнцем немецкому автобану. Дети спали на заднем сиденье. Муж сказал мрачно: — Ладно, я там с детьми погуляю, а ты заседай. — Мог бы и не ездить, — огрызнулась я, — Кто тебя заставлял? — Ты что, всерьз думаешь, что я отпущу тебя одну с грудным ребнком к чрту на кулички? Помолчав, он добавил. — Ты хоть расскажи мне, что это за Роза...»

«Перевод Белоусова В.И. Вулканическая и Геотермальная энергия Вохленц Preferred Citation: Wohletz, Kenneth, and Grant Heiken. Volcanology and Geothermal Energy. Berkeley: University of California Press, 1992. http://ark.cdlib.org/ark:/13030/ft6v19p151/ Volcanology and Geothermal Energy Kenneth Wohletz Grant Heiken UNIVERSITY OF CALIFORNIA PRESS Berkeley · Los Angeles · Oxford © 1992 The Regents of the University of California Введение. 2 Геотермальная энергия является важным и перспективным...»

«1 МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ ПРАВИЛА ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОЗАПРАВОЧНЫХ СТАНЦИЙ РД 153-39.2-080-01 (в ред. Изменений и дополнений, утв. Приказом Минэнерго РФ от 17.06.2003 N 226) Предисловие 1. РАЗРАБОТАН ЗАО Научно-производственное предприятие по разработке и освоению автозаправочной техники, ОАО Специальное конструкторское бюро Транснефтеавтоматика и Северо-западным информационно-аналитическим центром ХимМотоАудит. 2. ВНЕСЕН Департаментом...»






 
© 2013 www.knigi.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.