Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Российский государственный гидрометеорологический университет» (РГГМУ)
Кафедра экспериментальной физика атмосферы
Дисциплина: Экспериментальная физика аэрозолей
Лабораторная работа №3
«Исследование процессов диффузионного и коагуляционного роста капель и кристаллов льда в слоистообразных и конвективных облаках»
Вариант 4
Работу выполнили: ст.гр. ПМ-Б20-2-3 Будаева Ж.М.
Проверила: Крюкова С.В.
Санкт- Петербург 2023
Рабочие формулы
Радиус капель
Высота нахождения капель
Формулы диффузионного роста
Формулы коагуляционного роста
t, с |
|
высота ,м |
|
|
|
радиус,м |
|
|
диффузия |
|
|
коагуляция |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вода 8000м. |
вода 4000м |
лед 8000м |
лед4000м |
вода 8000м. |
вода 4000м |
лед 8000м |
лед4000м |
вода 8000м. |
вода 4000 |
лед 8000м |
лед4000м |
вода 8000м. |
вода 4000м |
лед 8000м |
лед4000м |
|
0 |
500,00 |
500,00 |
|
500,00 |
500,00 |
5,00E-05 |
5,00E-05 |
5,00E-05 |
5,00E-05 |
3,16E-09 |
3,14E-09 |
2,71E-09 |
2,69E-09 |
0,00E+00 |
0,00E+00 |
0,00E+00 |
0,00E+00 |
50 |
721,03 |
721,03 |
|
721,83 |
721,83 |
5,02E-05 |
5,02E-05 |
5,01E-05 |
5,01E-05 |
3,15E-09 |
3,13E-09 |
2,71E-09 |
2,69E-09 |
2,77E-07 |
2,94E-07 |
3,11E-07 |
3,11E-07 |
100 |
943,74 |
942,77 |
|
945,37 |
944,38 |
6,42E-05 |
6,50E-05 |
6,58E-05 |
6,58E-05 |
2,47E-09 |
2,41E-09 |
2,06E-09 |
2,05E-09 |
4,95E-07 |
5,24E-07 |
5,62E-07 |
5,62E-07 |
150 |
1163,83 |
1158,43 |
|
1165,61 |
1160,65 |
8,90E-05 |
9,13E-05 |
9,40E-05 |
9,40E-05 |
1,78E-09 |
1,72E-09 |
1,44E-09 |
1,43E-09 |
8,29E-07 |
8,69E-07 |
9,49E-07 |
9,46E-07 |
200 |
1378,48 |
1362,95 |
|
1379,12 |
1365,23 |
1,31E-04 |
1,35E-04 |
1,42E-04 |
1,41E-04 |
1,21E-09 |
1,16E-09 |
9,58E-10 |
9,52E-10 |
1,38E-06 |
1,41E-06 |
1,58E-06 |
1,56E-06 |
250 |
1581,87 |
1548,43 |
|
1579,11 |
1549,60 |
1,99E-04 |
2,06E-04 |
2,21E-04 |
2,20E-04 |
7,93E-10 |
7,62E-10 |
6,15E-10 |
6,13E-10 |
2,27E-06 |
2,26E-06 |
2,58E-06 |
2,54E-06 |
300 |
1763,53 |
1703,10 |
|
1754,00 |
1701,00 |
3,13E-04 |
3,19E-04 |
3,50E-04 |
3,47E-04 |
5,06E-10 |
4,92E-10 |
3,88E-10 |
3,89E-10 |
3,66E-06 |
3,51E-06 |
4,08E-06 |
3,97E-06 |
350 |
1907,59 |
1811,53 |
|
1887,35 |
1802,96 |
4,96E-04 |
4,94E-04 |
5,54E-04 |
5,45E-04 |
3,19E-10 |
3,17E-10 |
2,45E-10 |
2,47E-10 |
5,62E-06 |
5,15E-06 |
6,07E-06 |
5,82E-06 |
400 |
1994,82 |
1857,71 |
|
1961,37 |
1839,36 |
7,77E-04 |
7,52E-04 |
8,57E-04 |
8,36E-04 |
2,04E-10 |
2,09E-10 |
1,58E-10 |
1,61E-10 |
7,91E-06 |
6,95E-06 |
8,24E-06 |
7,78E-06 |
450 |
2010,28 |
1831,77 |
|
1965,09 |
1802,33 |
1,17E-03 |
1,10E-03 |
1,27E-03 |
1,23E-03 |
1,35E-10 |
1,43E-10 |
1,07E-10 |
1,10E-10 |
9,92E-06 |
8,49E-06 |
1,00E-05 |
9,34E-06 |
500 |
1952,94 |
1736,49 |
|
1901,62 |
1698,38 |
1,67E-03 |
1,52E-03 |
1,77E-03 |
1,69E-03 |
9,49E-11 |
1,03E-10 |
7,66E-11 |
7,96E-11 |
1,11E-05 |
9,39E-06 |
1,11E-05 |
1,01E-05 |
550 |
1836,47 |
1586,20 |
|
1785,53 |
1544,63 |
2,22E-03 |
1,99E-03 |
2,32E-03 |
2,20E-03 |
7,12E-11 |
7,87E-11 |
5,84E-11 |
6,13E-11 |
1,13E-05 |
9,56E-06 |
1,13E-05 |
1,01E-05 |
600 |
1678,61 |
1398,44 |
|
1632,86 |
1358,83 |
2,79E-03 |
2,47E-03 |
2,89E-03 |
2,71E-03 |
5,68E-11 |
6,35E-11 |
4,70E-11 |
4,98E-11 |
1,08E-05 |
9,15E-06 |
1,10E-05 |
9,60E-06 |
650 |
1492,60 |
1187,07 |
|
1455,02 |
1153,60 |
3,33E-03 |
2,93E-03 |
3,44E-03 |
3,19E-03 |
4,76E-11 |
5,35E-11 |
3,95E-11 |
4,23E-11 |
9,96E-06 |
8,28E-06 |
1,03E-05 |
8,63E-06 |
700 |
1286,36 |
961,02 |
|
1258,88 |
936,46 |
3,82E-03 |
3,34E-03 |
3,95E-03 |
3,62E-03 |
4,14E-11 |
4,69E-11 |
3,43E-11 |
3,72E-11 |
8,85E-06 |
6,98E-06 |
9,36E-06 |
7,24E-06 |
750 |
1064,67 |
725,76 |
|
1048,70 |
711,88 |
4,27E-03 |
3,69E-03 |
4,42E-03 |
3,98E-03 |
3,71E-11 |
4,25E-11 |
3,07E-11 |
3,38E-11 |
7,49E-06 |
5,02E-06 |
8,11E-06 |
5,17E-06 |
800 |
831,21 |
485,02 |
|
827,76 |
482,90 |
4,64E-03 |
3,94E-03 |
4,83E-03 |
4,24E-03 |
3,41E-11 |
-7,95E-10 |
2,81E-11 |
-6,36E-10 |
5,76E-06 |
0,00E+00 |
6,40E-06 |
0,00E+00 |
850 |
589,54 |
241,90 |
|
599,29 |
252,11 |
4,93E-03 |
3,94E-03 |
5,15E-03 |
4,24E-03 |
3,21E-11 |
-7,95E-10 |
2,64E-11 |
-6,36E-10 |
3,02E-06 |
0,00E+00 |
3,61E-06 |
0,00E+00 |
Коагуляционный рост
Частицы также могут растут и за счет коагуляции – слияния частиц во время столкновения. Скорость роста начинает расти, достигая максимального значения при таком размере капли, когда она уже начинает падать. Далее скорость коагуляционного роста падает, но более плавно. Такой ход обусловлен значением водности в облаке, которая зависит от высоты (чем выше высота, тем выше водность). В сравнении с начальными размерами капель аналогично с диффузионным: скорость меньше, ход более плавный. Сравнивая агрегатные состояния, то ледяной кристалл за счет коагуляции растет быстрее, это связано с тем, что плотность льда меньше, чем воды. Сравнивая диффузионный рост с коагуляционным видно, что величина скорости коагуляционного роста во много раз больше, чем диффузионного, поэтому последний играет какую-либо роль лишь в самом начале роста частицы, затем становится настолько незначительным, что частица растёт практически исключительно за счёт коагуляции.
Изменение hmax влияет на радиус при hmax =4000м радиус частицы меньше чем при hmax=8000м.
Диффузионный рост
Сначала диффузионный рост имеет значительную роль при увеличении размера частицы, но затем величина скорости роста резко уменьшается. Это происходит по мере роста частицы, чем она больше, тем меньше будет она расти. При этом скорость роста частицы резко уменьшится до достижения какого-либо размера, затем продолжит уменьшаться, но более плавно. В сравнении с начальными размерами частиц диффузионный рост большей из них будет меняться менее резко, чем рост малой, а сама величина роста большей частицы меньше, чем у малой. Диффузионный рост кристалла примерно в 20 раз больше, чем рост капли. Такое получается из-за того, что плотность льда меньше, величина пересыщения (e-E) больше, а в дальнейшем и сама частица льда будет больше, чем частица воды.
Изменение hmax влияет на распределение вертикальной скорости с высотой и соответсвенно на скорость диффузионного роста, при hmax =4000м. Скорость больше,чем при hmax =8000м
|
|
|
|
|
в облаке |
|
|
|
под облаком |
|
|
t, с |
|
z, м |
|
r (0)в, м |
r(z=500),м |
t(z=500),с |
t,с |
|
итог |
вода 4000 |
|
0 |
|
500 |
5,00E-05 |
3,14E-09 |
8,0 |
|
1,4 |
долетела |
лед 4000 |
|
0 |
|
500 |
5,00E-05 |
2,69E-09 |
8,0 |
|
1,4 |
долетела |
вода 8000 |
|
0 |
|
500 |
5,00E-05 |
4,93E-03 |
8,5 |
|
1,4 |
долетела |
лед 8000 |
|
0 |
|
500 |
5,00E-05 |
2,71E-09 |
8,5 |
|
1,4 |
долетела |