Email this article Rain Drop Motion in an Atmosphere Containing Aerosols Particles
- Authors: Amanbaev T.R.1
-
Affiliations:
- Auezov South Kazakhstan University
- Issue: Vol 60, No 1 (2024)
- Pages: 105-120
- Section: Articles
- URL: https://journals.rcsi.science/0002-3515/article/view/261313
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0002351524010108
- ID: 261313
Cite item
Open Access
Access granted
Abstract
A mathematical model is constructed for the dynamics of a raindrop moving in a gravity field through an atmosphere containing fine particles, taking into account the processes of relaxation of its velocity and the capture of fine particles. It has been established that the equation of motion of a drop in the problem posed belongs to the class of singularly perturbed equations, for the integration of which it is necessary to involve special algorithms. In the limiting modes of droplet motion, analytical solutions of the problem are obtained that describe the dependence of the droplet velocity and coordinate on time. In the complete formulation, the solutions of the problem are obtained numerically for different values of the defining parameters. The influence of the droplet size on the parameters of its motion in a concentrated aerodispersed mixture has been studied. The dependences of the limiting volume fraction of the solid component in the composition of the drop and the intensity of the precipitation of particles (washed out by the drop) on the earth’s surface on the size of the drop are obtained. Comparison of the calculated, approximate-analytical and experimental dependences of the steady-state rate of fall of a drop on its size was carried out, which showed their good agreement.
Full Text
About the authors
T. R. Amanbaev
Auezov South Kazakhstan University
Author for correspondence.
Email: tulegen_amanbaev@mail.ru
Kazakhstan, Tauke khan avenue, 5, Shymkent, 160012
References
- Васильева А.Б., Бутузов В.Ф. Асимптотические разложения решений сингулярно возмущенных уравнений. М.: Наука, 1973. 272 с.
- Волков К.Н., Емельянов В.Н. Течения газа с частицами. М.: Физматлит, 2008. 598 с.
- Воротынцев В.М., Малышев В.М. Концентрирование техногенных примесей в капле дождя, движущейся в неоднородном концентрационном поле // Доклады РАН. Геофизика. 1997. Т. 354. № 3. С. 386–388.
- Губайдуллин Д.А., Осипов П.П. Аэрогидродинамика дисперсной частицы. М.: Физматлит, 2020. 170 с.
- Ивандаев А.И. О влиянии нестационарных эффектов на обмен импульсом и теплом между фазами газовзвеси в ударных волнах // Теплофизика высоких температур. 1985. Т. 23. № 4. С. 721–725.
- Ивандаев А.И., Кутушев А.Г., Нигматулин Р.И. Газовая динамика многофазных сред // Итоги науки и техники. Сер. Мех. жидкости и газа. Т. 16. М.: ВИНИТИ, 1981. С. 209–290.
- Ингель Л.Х. О динамике инерционных частиц в интенсивных атмосферных вихрях // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2021. Т. 57. № 6. С. 632–640.
- Ингель Л.Х. Нелинейное взаимодействие двух составляющих движения при осаждении тяжелой частицы в сдвиговом течении // Журн. технической физики. 2012. Т. 82. № 11. С. 122–125.
- Кейдл Р.Д. Твердые частицы в атмосфере и космосе. М.: Мир, 1969. 215 с.
- Келбалиев Г.И. Коэффициенты сопротивления твердых частиц, капель и пузырей различной формы // Теоретические основы химической технологии. 2011. Т. 45. № 3. С. 264–283.
- Матвеев Л.Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 751 с.
- Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Ч. 1. М.: Наука, 1987. 464 с.
- Припачкин Д.А., Будыка А.К. Влияние параметров аэрозольных частиц на их вымывание из атмосферы дождевыми каплями // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2020. Т. 56. № 2. С. 203–209.
- Ракитский Ю.В., Устинов С.М., Черноруцкий И.Г. Численные методы решения жестких систем. М.: Наука, 1979. 208 с.
- Тимашев С.Ф. Роль химических факторов в эволюции природных систем (химия и экология) // Успехи химии. 1991. Т. 60. № 11. С. 2292–2331.
- Budyka A.K., Ogorodnikov B.I. Radioactive aerosols generated by Chernobyl // Russian J. Physical Chemistry A. 1999. V. 73. № 2. P. 310–319.
- Chang-Jin Ma, Gong-Unn Kang. The chemical nature of individual size-resolved raindrops and their residual particles collected during high atmospheric loading for PM2.5 // From edited volume “Rainfall – Extremes, Distribution and Properties”. Edited by J. Abbot and A. Hammond. 2019. 120 p.
- Chi Tien, Ramarao B.V. Granular filtration of Aerosols and Hydrosols. 2-nd Edition. Elsevier, 2007. 491 p.
- Edwards B.F., Wilder J.W., Scime E.E. Dynamics of falling. 2001. V. 22. P. 113–118.
- Greenfield S. Rain scavenging of radioactive particulate matter from the atmosphere // J. Meteorol. 1957. V. 14. № 2. P. 115–125.
- Marshall J.S., Palmer W.M. The distribution of raindrops with size // J. Meteorol. 1948. V. 5(2). P. 165–166.
- Mason B.J. The Physics of Clouds. Clarendon press: Oxford University Press, 1971. 671 p.
- Reist P. Introduction to Aerosol Science. N.Y.: A Division of Macmillan, 1984. 299 p.
- Shapiro A. Drag-induced transfer of horizontal momentum between air and raindrops // J. Atmos. Sci. 2005. V. 62. P. 2205–2219.
- Turner D.B. Workbook of atmospheric dispersion estimates: an introduction to dispersion modeling. Second edition, CRC Press, 1994. 194 р.
- Yoon R.H., Luttrell G.H. The effect of bubble size on fine particle flotation // Miner. Process. Extr. Metal. Rev. 1989. № 5. P. 101–110.
Supplementary files
