Cтраница 1
Верхние атмосферы планет представляют собой открытую в термодинамическом смысле систему, которая возмущается электромагнитным и корпускулярным излучением Солнца. [1]
При создании глобальной модели верхней атмосферы планеты, предназначенной для исследования крупномасштабных динамических процессов и самосогласованно описывающей термосферный ветер, газовый состав и температурный режим, необходимо знание не только молекулярных, но и турбулентных коэффициентов обмена, входящих в определяющие соотношения ( 3.3.3), ( 3.3.15), и (5.2.19) для турбулентных потоков. Высотный ход этих коэффициентов оказывает существенное влияние на динамику атмосферы, на распределение отдельных газовых компонентов и на температуру. [2]
Космические эксперименты по исследованию верхних атмосфер планет показали, что физика и химия верхних слоев атмосферы в значительной степени определяется влиянием надтепловых частиц ( см., напр. Надтепловые частицы, образующиеся в результате воздействия потоков ультрафиолетового излучения Солнца и высыпающихся заряженных частиц на атмосферный газ, полностью не термализуются в упругих, неупругих и химических столкновениях с основными компонентами атмосферы. [3]
Характерным представителем многокомпонентной природной среды служит верхняя атмосфера планеты, отличительной особенностью которой является непосредственное воздействие радиационных факторов при одновременных разнообразных химических превращениях в сочетании с процессами тепло - и мас-сопереноса. Под воздействием интенсивного солнечного электромагнитного излучения происходят разнообразные фотохимические процессы - фотоионизация, фото диссоциация, возбуждение внутренних степеней свободы ( в том числе возбуждение электронных уровней) атомов и молекул. Эти процессы сопровождаются обратными реакциями ассоциации атомов в молекулы, рекомбинации ионов, спонтанного излучения фотонов и ударной дезактивации. Свойства газа формируются в гравитационном и электромагнитном полях; при этом важную роль играют процессы молекулярной и турбулентной диффузии и теплопередачи ( в том числе и излучением) при различной степени эффективности коэффициентов молекулярного и турбулентного обмена на разных высотных уровнях. Возникающие температурные, концентрационные и барические градиенты приводят к развитию разномасштабных гидродинамических движений, характер которых до основания термосферы сохраняется турбулентным. [4]
К нижней термосфере относится область гомопаузы в верхней атмосфере планеты, где одинаково важную роль играют конкурирующие процессы молекулярного и турбулентного тепло - и массопереноса. Моделирование этой области сопряжено с определенными трудностями, поскольку требует учета многих факторов, для которых теоретические предпосылки, суммированные в предыдущем параграфе, должны быть дополнены необходимой экспериментальной информацией. [5]
Развиваемый на протяжении ряда лет стохастический подход к исследованию неравновесной химии в верхних атмосферах планет является эффективным средством исследования роли надтепловых частиц как в локальных изменениях химического состава атмосферы, так и в процессах формирования горячих планетных корон. [6]
Процесс распространения тепла в сильно неоднородных и достаточно разреженных средах, таких как верхние атмосферы планет или звезд, достаточно подробно не исследовался. [7]
Численная реализация разработанной модели позволила впервые строго рассчитать неравновесные функции распределения надтепло-вого кислорода в верхних атмосферах планет. [8]
Как было показано в монографии авторов ( Маров, Колесниченко, 1987), наиболее сложную проблему при моделировании верхней атмосферы планеты представляет задача адекватного описание притока тепла в рассматриваемую область среды, обусловленного прямым поглощением солнечной электромагнитной и корпускулярной радиации атмосферными составляющими и ее последующей трансформацией вследствие аэрономических реакций, выделения джоулева тепла, а также отдельных динамических процессов ( включая диссипацию энергии волновых движений различных пространственных масштабов), в результате которых происходит перераспределение тепла от неоднородно распределенных в атмосфере источников. [9]
В монографии дается систематическое изложение современного подхода к инвариантному моделированию развитых турбулентных течений многокомпонентных химически активных газов, применительно к специфике математического моделирования верхних атмосфер планет. Основное внимание уделено проблеме взаимовлияния химической кинетики и турбулентного перемешивания, а также разработке полуэмпирического метода расчета коэффициентов турбулентного обмена в стратифицированных сдвиговых течениях, основанного на использовании эволюционных уравнений переноса для вторых моментов пульсирующих термогидродинамических параметров. Возможности разработанных моделей многокомпонентной турбулентности природных сред продемонстрированы в ряде вычислительных примеров, описывающих процессы кинетики и тепло-массопереноса в верхних атмосферах планет. [10]
Существенная роль последнего члена соотношения ( 3.3.3) ( отсутствующего, заметим, в известной работе ( Летто, 1951)) при описании диффузии в верхней атмосфере планеты, где средняя молекулярная масса турбулизованной газовой смеси М - р / п сильно изменяется с высотой, очевидна. [11]
В этом параграфе методами термодинамики необратимых процессов выведены определяющие соотношения для молекулярных потоков диффузии и тепла, а также получены соотношения Стефана-Максвелла для многокомпонентной диффузии и соответствующее им выражение для полного потока тепла, удобные для описания процессов тепло - и массопереноса в многокомпонентной газовой среде верхней атмосферы планеты. [12]
Как уже отмечалось, конкретизация разработанных теоретических подходов к описанию многокомпонентных турбулентных сред проведена применительно к актуальным аэрономическим проблемам и моделированию процессов, в связи с которыми эти подходы получили свое дальнейшее развитие. Детально исследован диффузионный перенос в верхней атмосфере планеты на основе систематического использования обобщенных соотношений Стефана-Максвелла. Рассмотрена диффузионно-фотохимическая модель химического состава и температуры нейтральной атмосферы Земли в области верхней мезосферы - нижней термосферы и дана оценка величины усредненного по времени коэффициента турбулентной диффузии. Разработана методика полуэмпирического моделирования изотропных коэффициентов турбулентного обмена в стратифицированном в поле силы тяжести, многокомпонентном газовом потоке с поперечным сдвигом гидродинамической скорости. [13]
Как видим, наименьшие величины D у Земли, Юпитера и Урана, а наибольшие у Марса, Сатурна и Титана, в то время как у Венеры и Нептуна промежуточное значение. Проведенное обсуждение подтверждает исключительно важную роль этого параметра в определении структуры и теплового режима верхней атмосферы планеты. Поэтому необходимо его более полное и физически обоснованное определение, которое непосредственно связано с детальным анализа самого процесса турбулентного переноса. [14]
В монографии дается систематическое изложение современного подхода к инвариантному моделированию развитых турбулентных течений многокомпонентных химически активных газов, применительно к специфике математического моделирования верхних атмосфер планет. Основное внимание уделено проблеме взаимовлияния химической кинетики и турбулентного перемешивания, а также разработке полуэмпирического метода расчета коэффициентов турбулентного обмена в стратифицированных сдвиговых течениях, основанного на использовании эволюционных уравнений переноса для вторых моментов пульсирующих термогидродинамических параметров. Возможности разработанных моделей многокомпонентной турбулентности природных сред продемонстрированы в ряде вычислительных примеров, описывающих процессы кинетики и тепло-массопереноса в верхних атмосферах планет. [15]