Алматы 2014

Атмосфера энергиясы

(NURZHAN) Атмосфера жүйесінің толық энергиясы – мұхит пен құрлық сол уақыт аралықта метеорологияға қызығушылық тудырды да, ауа райына жекеленген тапсырма үшін өзгеріссіз қалды.Бұл глобальді атмосфера қасиеті жер бетіндегі сәуле шашу мен жұту радиациясын таратуды және өріс температурасын анықтайды.Интенсивті энергияға себепші ұзынтолқынды сәуле шашу бүкіл әлемдік кеңістікте және жер үшін толық энергиялардың сырттан ағылып келуі күннен келетін қысқатолқынды радияциялы формасында болады. Осыдан таза энергетикалық жүйе мәнінде тұйық жүйе қарастырылады.Үздіксіз қозғалыс онда әрқалай кеңістіктегі үлестірімдермен және сәулелі энергияның түсу уақытында қолданылады.Осымен генерация теріс энтропия кезінде және оның өсімі нәтижесінде атмосфералық процесстерде мәні жойылады.

(DaARKHAN) Атмосферада болып жатқан күрделі үдерістер энергияға айналған тұйық циклге ұқсас.Энергияға айналған ішкі атмосфера және атмосфера арасында энергия алмасу құрылық пен мұхитта болады.Кейбір энергиялардың түрлері қаралатын жүйені құрайды. Ал кейбіреуі динамикалық атмосферада елеулі роль атқармайды.Мысалы электрлі энергия және магнитті өріс.Бұл атмосфераның қозғалысын сипаттайтын циклға айналған энергияны білдіреді.Бірақ олар іс – жүзінде қарастырылмайды.

Бұдан кейінде энергетиканы қарау барысында қандайда бір нақты процессті жеке өзгерген энергияның жалпы циклнде кездестіруге болады.Жеке энергия түрлері өз геріске ұшырағанда қалғаны өзгермейді және оның механизміне аз әсер етеді.

(KAZBEK) Мысалы термикалық конвекцияда ішкі және потенциялды энергиялар,кинетикалық энергиялардың вертикальді қозғалысы кезінде айналады.Ал кинетикалық энергияның горизантальді қозғалысы аз өзгереді.Термикалық конвекция қаралған жоспарда термадинамикалық машина болып табылады.Кинетикалық энергия вертикальді қозғалысы артық потенциялда және ішкі энергияда пайда болады.Осылай энергия түрлері спецификті процесті сипаттау кезінде өзгеріске ұшырайды және анализге сәйкес қарапайым және көз жетерлік формада ерекше әсер етеді Атмосферада арнайы анықталған энергия түрлерін кейде ауа райы процесінде қолдануға болады. Басқа маңызды жағдайда энергетика айтарлықтай қызығушылық тудырады және тұжырымдалған теориялық метеорологиямен байланысты.

Рациональді ықшамдау жүйесі кезінде сәйкесті теңдеу зерттелген құбылысты тексеру жалғастырылады.Ықшамдау жүйесі энергияның сақталу заңын қанағаттандырады.Ықшамдау теңдеуі кезінде пайда болған фиктивті көздер шектелмеген жел жылдамдығының өсуіне және басқа бұрмаланған метеоролгиялық алқапқа байланысты болады.

(ZHANSAYA) Энергия үшін теңдеулер

Атмосфералық процестерге маңызды болып келесі энергия түрлері қарастырылады:кинетикалық энергияның горизонтальді қозғалысы ,потенциялды энергия ішкі энергия кинетикалық энергияның жылдамдық пульсі b= + ,жасырын жылу фазасы суға өту энергиясы = g.Бұл жзылған формулалар барлық энергия түрлері бірлік массаға қатысты Теңдеулерді қорытқанда әртүрлі энергия түрлерінің балансын қолдануға ыңғайлы:

P (1)

Бұл теңдеулерден оңай алынған индивидуалді теңдеулер түрлері біраз функциялы туынды f теңдеулерімен тығыз байланысты.Интегралдау дәйекті түрде болғанмен бірлік көлденең қимасының шамасы 0 және 0 бұдан аламыз мына теңдеуді:

Осында және төмен қайталанған индекс үшін жалпы санын шығару орындалады.Алынған мәліметтің физикалық мағынасы алынады.Сол жақ бөлігі артық функциялы f локальді өзгеріс жылдамдығы (біздің жағдайымызда бір түрлі энергия үшін) қабаттарында (0,H) және (0, болады.Оң жақтағы қосындылары ұзындықты көрсетеді, жеке өту кезіндегі (адвекция)() және үлес.

(ZHAMAL)

Ескертілген өзгерістер мен қаралған ұзындықтар f қозғалған масса нүктеден (x,y) нүктеге аусу кезінде () дәл осы қосылғыштар фактикалық энергияға айналған факсировты ауа массасына қарсы болады.

Теңдеудегі қосылғыштар бойынша (15.6.2) энергия өсуі мүмкін болатын ауыспалы шекара Н,қаралған қабат және шекара арқылы ағын вертикальді қозғалыс арқасында болады:

Егер (15.6.2.) және (15.6.3) қандайда бір сыртқы факторлар арқылы болғандықтан энергия қозғалмалы массада ауысып тұрады.Анықталған себеп сол уақыттағы өзгерген артық энергия түрлеріне қарасты болады.Бұған әрине гидротермадинамикасының теңдеуімен өрнектесек, қандайда бір мәні кез келген қозғалмалы массамен сипатталады. Қозғалыс теңдеуін көбейте отырып,жеңілдетіліп жазылған - да осыдан бөлек жылдамдықтың компаненті кинетикалық энергияның өзгеру формуласын аламыз.

Бұл оң жақтағы қосылғыш – кинетикалық энергияның өзгеруі,барикалық градиент қарсы күшіне қатысты. Ауыспалы масса кезінде ауа жоғарғы қысымнан төменгі кинетикалық энергия компанентіне қатысты көбейеді және керісінше, қозғалыс кезінде сол жақта жоғары қысымдағы патенциялды энергия азаяды.

(15.6.4)-тен және (15.6.5) Королистің үдеуі толық кинетикалық энергияның бөлігінде өзгермейтіні көрінеді.

(AIDANA) Бірақ алмасу энергиясы х- тің және у- тің арасында компанентті жылдамдық туғызады.

(15.6.4) және (15.6.5)- те үшінші қосылғыштар – кинетикалық энергияның саласы, айтулы вертикальді турбулентті алмасумен; Осы теңдеудегідей төртінші қосылыстар – турбулентті энергиядағы трансформация кинетикалық энергиясы. [см.төменгі теңдеуде (15.6.12)].Екінші теңдеуде (15.6.6.) – ауада массалардың араласуында потенциялды энергияның өзгеру.

Әрқашанда атмосферада

Вертикальді ауыспалы жұмысы барикалық градиент күшіне қарсы.Барикалық градиент күшіне көбінесе потенциялды энергияның қозғалыс массасында жасалады.Төменде потенциялды энергияның алмасуы ішкі энергияның есебінен болады.Негізінде теңдеуді потенциялды энергияның балансы түрінде жазуға болады.

Енді жылу ағыны түрінде қолданамыз,

ішкі энергия балансы теңдеуін тұжырымын жасау үшін.Бұл үшін потенциялды температураны және алынған қысымның ара қатынасы теңдеуін шығарамыз. Онда былай жазамыз:

(15.6.9) осы формулаға қою арқылы (15.6.8) аламыз.

Мұндағы Q-трубулентті емес жылу тогы,ол мынаған тең:

Мұндағы r-энергия сәулесінің толық айналымы,мүмкін болып саналатын бағытталады,егерде ол жоғары немесе төмен қарай бағытталса,E1-диссосацияның энергия жылуының жылдамдығ, E2-ішкі энергия ағыны.

Мына формуланы ескеру керек:

(FARIZA)

татистикалық бақылау қолданылады.Сондай ақ мына формула шығады:

Қорытып шығарсақ:

перевод

Энергияның трубуленттік балансының деңгейін есте сақтаймыз

Басында байқағанымыздай ішкі энергия айналымы трубуленттк араласумен тікелей байланысты,біріншіден,сыртқы энергияларға әсер ететін кезде трубуленттік араласу әр түрлі болады,екіншіден,ішкі энергияның стратификация немесе кинетикалық энергияның байланысымен байланысқан. Аталған бұл процесс те трубуденттік араласумен тікелей байланысты.

0 енді атмосфералық стлбының потенциалды қуаты және ішкі қуаты әрдайым тығыз байланыста екендігін көрсетейік. Расында да

немесе

Егер бұл қатынастарды барлық столбымен z-пен байланыстырсақ, онда біз

немесе

осы формуланы аламыз.

Бұл екі қуаттың да өзгерісінің бір — бірімен байланыстылығын көрсетеді. Сол себептен олардың соммасын қарастырғаннан гөрі, яғни олардың әрқайсысын жеке қарастырғаннан олардың соммасын бірге қарастырған дұрыс. Бұл сомма толық потенциалды қуат деп аталады.Барлық столбыға толық потенциалды қуат энтальпияға тең болып келеді.

(AIGANYM)

Енді осыларға (15.6.4),(15.6.5), (15.6.8),(15.6.11), (15.6.12)-ларды, (15.6.2) ге қойып немесе сәйкестендіріп ұзындығын (x,y,z) болатын жалғыз столбалық қуаттың балансын сипаттайтын теңдіктің системасын аламыз.

(15.6.14) (15.6.17) тепе теңдік системасын Н биіктіктегі әр түрлі қуат көздерінің неше түрлі өзгерістерін көрсетеді. Ол өзінің бақылаудан алынатын, аэрологиялық станциядан алынатын нәтижеден, қызықтырады.Бұл өзгерістер келсе формулалар арқылы байқалады.

а) адективті сәйкестілік қуатқа байланысты.

б) жеңіл ауалы массаның, салмақтың ішінде болатын қуаттың алмасуы. Бұлар бір формулада екі рет кезектеседі мүмкін. Бұл формулалар суммирования кезінде қуат күшін толық өзгертпейді, суммирования кезінде қуат күші қысқарады.

в)қысымдығы ауаның қоршаған ортаға байланысына немесе тағыда басқа. Бұл аталған байланыс сыртқы қысымға байланысты болады, яғни турбуленттілік, фазалық кезеңдер судың Барлық столбының баланстық энергиясы тепе-теңдігін (15.6.14) -(15.6.17) ден аламыз. Және Н-ты шексіздікке тартып мына формуланы аламыз.

Бұл жағдайда, көрсетілгендей потенциалдық және ішкі энергияның орнына толық потенциалдың қуат күшін пайдаланған дұрыс.

Бұл жерде энергия ағынын ерекшелейміз, кесімді фазалыық өткелдер арқылы ылғалдылық аймағының мәнездемелерін, су буының теңгерім теңдеуімен бірен-саран тіреу үшін пайдаланылады.

(15.6.18) және (15.6.19) формулаларынан Е2 — ні алып тастап эквиваленттік температураны қосамыз.

Сонда мына формуланы аламыз.

(SHERKHAN) Бұл жерде біз жылы баланс беткейінің теңдеүін қолдандық.

Осылайша (15.6.20) формула столб жоғарғы және төменгі шекарасынан алатын жылу мөлшері бар. Сондай ақ кинетикалық баланс және құйынды энергия теңдеулерін жазсақ.

15.8 суретте негізгі (15.6.20), (15.6.22), (15.6.23) теңдеулеріне негізделген бірлік баланс схемасы. Жіңішке бағытшалармен ауысымдар көрсетілген, яғни өз бағытын өзгерте алады. Ал жуан бағытшалармен бір жақты ауысымдар көрсетілген.

(15.6.21)-(15.6.23) теңдеулерін біріктре, біз жалпы баланс энергиясын аламыз.

Бұдан шығар қорытынды, столбтың толық энергиясы адеквацияға сәйкес өзгереді.Қоршаған ортамен энергия ауысу арқылы жан-жақты қысу немесе столб кеңеюі арқасында және энергия ағымының столбтың жоғарғы және төменгі шекарасының ағымынан

және

теңдеулерін қорыта келе және де горизонтальді координаталардан және де функциясын жорамалдап, келесідей формула аламыз.

Бұл жердің бәріндегі М-жер атмосферасынң массас,

Жер атмосферасы. Жалпы жер атмосферасы жылы біркелкілікте орналасқан. Бқдан дәлел және теңдеулерінде көрсетілген.

теңдеулерін қорыта келе, механизмді түсіну қиын емес, яғни сол арқылы әрқашанғы атмосферадағы әртүрлі энергияларды қуаттап тұрады.

Кинетикалық энергияның вихрлік энергияға айналу жылдамдығы dM-ге тең. 15.9 суретте энергия циклінің қайта құрылуы көрсетілген.

(ALIYA)

Егер атмосфераны кинетикалық энергияны тудыратын дене ретінде,ал күннің =радиациясын қыздырылған резервуардан түсетін жылу ретінде қарастырсақ.онда термодинамикалық машинаға сәйкес келетін пайдалы әрекет коэфицентін шығару қиын емес:ПӘК-ті табу керек:

Кинетикалық энергия мен энтальпияның орналасу биіктігі энергияның негізгі турлерін бағалауда үлкен мүмкіндік береді.Демек 1-ші орналасуы:

2-ші орналасуы:()M

Олардың қатынасы:

Энтальпия кинетикалық энергияның негізгі көзі болып табылатындықтан,атмосферадағы көрсетілген энергияның 2 түрінің кинетикалық энергияға энтальпияның кішкене ғана бөлігі өтеді.Энтальпияның бастапқы және соңғы жағдайының айырмашылықтарын энтальпия мен кинетикалық энергияның өзара қатынасы кезінде анықталады.Бұл қатынастан сенімді мәнді алу мүмкін емес болып табылады.Осыған байланысты ыңғайлы болу үшін потенциалды энергияны қолданамыз.Оны Ед-мен белгілейміз.Бұл жағдайда кинетикалық энергияға өте алатын энтальпияның бөлігі потенциалды энергия арқылы жүзеге асады.Ауа массасының адиабаталық өзгерісі нәтижесінде изобаралық беткей мен тегіс потенциалды температура беткейі бір-біріне сәйкес келеді.

Кез-келген изобаралық беткейдің арасындағы орташа температурасы оның горизантальді координаталарына тәуелді емес.Сондықтан да горизантальді қысым градиентіне температура әсер ете алмайды.

Бұл жағдайда энтальпияның кинетикалық энергияға айналуы

минимальді неменсе нолге тең.Егер

Осыдан шығатын қорытынды энтальпияның бастапқы және соңғы жағдайының әртүрлілігі кинетикалық энергияға бағынышты.Қолжетімді потенциалды энергия мен энтальпияның бөлігінің арқасында кинетикалық энергия максималды мәнге ие болады.Ед мен Ек- бір мәнге ие екені түсінікті.

15.10 схемасында Ед-ң нолдік қоры кезіндегі ауа массаларының араласуы көрсетілген.

Ауа массаларының кез-келген изэнтропикалық беткейде бөлінуі өзгеріссіз қалады.Бұл дегеніміз әр изэнтропикалық беткейдегі орташа қысымы өзгермейді.Егер бастапқы кезде