Основи процесу пилення - Комонов С
1.6. Теоретичні основи процесу вітрової ерозії
1.6.4. Основи процесу пилення
Для досліджень процес пилення поверхні застосовуються різні методи - експериментальні, розрахункові та комплексні. Найбільш повна і достовірна оцінка пилу властивостей масиву може бути отримана польовими методами при методично правильної їх організації та використанні спеціальної апаратури.
Оцінку пилових викидів необхідно проводити з урахуванням природи підйомної сили. Перед злетом частки коливаються, причому частота цих коливань близька до частоти пульсаційної швидкості вітру пов'язана з походженням вихорів. Середня частота коливань частинок перед відривом становить 1,8 Гц, а для найбільш енергоємних частинок пульсації поздовжньої складової швидкості дорівнюють 2,3 Гц.
Механізм підйомної сили пояснює:
- причини відриву частки від поверхні
- причини видування дрібних частинок з-під шару великих
- причини повернення частини частинок, що злетіли
- причини безповоротного хаотичного польоту іншої частини частинок
При вирішенні проблеми математичного опису процесу вітрової ерозії використано метод переходу від мікрорівня (рух окремої частки) до макрорівня (багатофазне середовище). Щільність енергії (Дж/кг), необхідна для видування, може бути виражена через кінетичну енергію вітру:
(24)
де - Порогова швидкість вітру, м / с, звана критичною.
(25)
де - Параметр масообміну;
- Інтенсивне видування грунту кг · с / м 2;
- Швидкість вітру на межі шару грунту-повітря;
- Дотичне напруження тертя, Н/м 2 .
(26)
Існує деяка порогова швидкість вітру (м/с), яка називається критичною, приперевищення якої починається інтенсивне видування грунту (кг·с/м 2 ). Інтенсивність видування при даній швидкості на межі шару залежить від напруги тертя (Н/м 2 ).
Для того, щоб розглядати процес видування, що має певне значення ВЕ, необхідно перейти від мікрорівня, на якому аналізується рух окремих частинок до макрорівня, на якому описується в рамках законів механіки багатофазних середовищ.
Процес видування заснований на існуванні деякої критичної швидкості вітру, при перевищенні якої починається інтенсивне видування, яке залежить від дотичної напруги, тертя та щільності енергії вітру.
Відповідно до π-теореми Сєдова, фізично процес вітрової ерозії ґрунтів може бути визначений за допомогою функції, що зв'язує ці параметри:
(27)
Ця залежність виконується при швидкостях потоку, перевищують тому її перетворюють до виду, що містить параметр . У результаті виходить рівняння видування ґрунту:
(28)
де - параметр масообміну, що характеризує реакцію ґрунту на силовий вплив з боку повітряного потоку при його швидкості, що дорівнює критичній;
– швидкість вітру за межами пилу;
- Емпіричний коефіцієнт, що характеризує властивості ґрунту і визначає його стійкість до видування (збільшується зі збільшенням розміру частинок).
Параметр масообміну є концентрацією частинок на поверхні ґрунту, що втратили міжагрегатне зчеплення під дією вітру. Фактично це частинки належать вже не поверхневому шару ґрунту, а ґрунтово-повітряному потоку.
При перевищенні критичної швидкості вітру починається видування ґрунту, яке можна прогнозувати рівнянням (28), що описує потік ґрунтових.частинок, спрямованих від поверхні до атмосфери. У цьому рівнянні коефіцієнти та параметр визначаються експериментально.
Для випадку монофракцій рівняння має вигляд:
(29)
де – емпіричні коефіцієнти.
При перевищенні критичної швидкості починається процес видування, який можна спрогнозувати.