Автор неизвестен - Сборник научных трудов 3-го международного радиоэлектронного форума прикладная радиоэлектроника - страница 107

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117 

Д(Г) = | Гн (і)йі =    |    , (6)

где УЯ(і) - радиальная скорость распространения акустического пакета, Хе - длина ра­диоволны.

Текущие значения углов а(1;) и Р(1:), характеризующих угловое положение радиус -вектора Щі), содержатся в сигналах, формируемых взаимосвязанными приемными ан­теннами А1,А2,А3,А4.

Измеренные значения Рд(і), а(і) и Р(1:) поступают в вычислительный блок, где вы­числяются составляющие скорости горизонтального ветра по формулам:

Ч а(і)

(7)

tgв(t)

л/ї+іїіо(0+іїір(0

(8)

При этом модуль сдвига горизонтального ветра на высотах Zj и 21 вычисляется по формуле:

(9)

СРРСН'2008

1-ч . 2 - 20 0

Направление сдвига горизонтального ветра вычисляется по формуле

ЛУi,-,) =J , -Jг = arCtg

Vx it, )

- arctg

Vy it,) Vx it,).

Представляет интерес оценка погрешности измерений описанным радиоакустиче­ским измерителем. Согласно теории косвенных измерений, если измеряемая величина У есть функция многих переменных хь то среднеквадратичная ошибка может быть вычис­лена по формуле

\дХг

В данном случае среднеквадратичная погрешность измерения скорости ветра

д¥_

ддУ_

\иГд j

да

д¥_

i11)

i12)

С учетом i7) среднеквадратичная погрешность измерения составляющей скорости

Fd2tg2 а

4i1 + tg 2а + tg 2P) 'C'

+      ^e2Fd2i1 + tg2P)2 4cos4 а i1 + tg 2а + tg 2p)

4i1 + tg 2а + tg 2P) Fd

23а

\2 F2tg 2qtg 2P 4cos4 Pi1 + tg 2а + tg 2P)3

i13)

Аналогично оценивается среднеквадратичная погрешность измерения Vy.

Результаты математического моделирования, базирующиеся на выведенных мате­матических зависимостях показали, что в диапазоне отношений сигнал/шум от 10 до 100 абсолютная среднеквадратичная погрешность измерения составляющих скорости ветра Vx и VY находится в пределах от 0,34 м/с до 0,11 м/с. Среднеквадратичная погрешность оценки вертикальной составляющей скорости ветра не превышает 0,08 м/с. Данный ре­зультат полностью удовлетворяет требования автоматизированных систем управления воздушным движением в зоне аэропортов.

Представленный радиоакустический измеритель обеспечивает измерения мгновен­ных профилей горизонтального ветра в атмосферном пограничном слое и его вертикаль­ного сдвига при вертикальном зондировании.

Литература

1. Дистанционные методы и средства исследования процессов в атмосфере Земли. Под ред. Б.Л.Кащеева, Е.Г.Прошкина, М.Ф.Лагутина. Глава 2. Радиоакустическое зонди­рование пограничного слоя атмосферы. Харьков, ХНУРЭ: 2002г.стр.49-100.

2. М.А.Каллистратова, А.И.Кон. Радиоакустическое зондирование атмосферы, М. «Наука»: 1985г. -187с.

3. Красненко Н. П. Акустическое зондирование атмосферы. - Новосибирск: Наука, 1986. - 167 с.

4. Angevine W.M., Ecklund W.L., Carter D.A., Gage K.S., Moran K.P. Improved radio acoustic sounding techniques // J. of Atmos. Oceanic Technol. - 1994. - Vol.11, №2. - P.121-127.

СРРСН'2008

I . 2 - 20 1

АНИЗОТРОПИЯ МОЛЕКУЛЯРНЫХ ПРОЦЕССОВ В АТМОСФЕРЕ ЗЕМЛИ -КАК НОВОЕ ЯВЛЕНИЕ, КОТОРОЕ ПРОЯВЛЯЕТСЯ РЯДОМ НАБЛЮДАЕМЫХ ЭФФЕКТОВ

Делов И.А., Слипченко Н.И., Леонидов А.А. Харьковский национальный университет радиоэлектроники 61166, Харьков, пр. Ленина, 14, ПНИЛ ЗА, тел. 70-21-333 The results are presented of numerous measurements performed at different times of a day and season at four different heights using three independent means demonstrating existence of a new phenomenon in the Earth atmosphere, namely, the molecular processes anisotropy reveal­ing itself in a number of the observed effects.

Введение. В 1986 г. [1] были опубликованы экспериментальные данные, которые свидетельствовали о существовании сильной анизотропии двух параметров ионизованно­го метеорного следа: коэффициента амбиполярной диффузии (Da) и начального радиуса

метеорного следа (го). Эти величины оказались в горизонтальном направлении значи­тельно (более, чем в два раза) больше, чем в вертикальном. Поскольку эти параметры ме­теорного следа связаны определенным образом с параметрами атмосферы (Da ~ Xv, г0 ~ X, где X - длина свободного пробега молекул, а v - хаотическая скорость

молекул), то на основании полученных экспериментальных данных была высказана гипо­теза [1] о возможности существования в атмосфере Земли аналогичной анизотропии мо­лекулярных процессов (X, v). Хотя наблюдаемая анизотропия была явно выраженной,

однако была необходима проверка этого эффекта для других высот, в нейтральной атмо­сфере и другими способами.

В результате многолетних экспериментальных и теоретических исследований этого эффекта на различных высотах, различными способами было подтверждено существова­ние этого эффекта и на других высотах. Кроме того было обнаружено еще два новых эф­фекта, связанных с анизотропией молекулярных процессов: эффект различия величины хаотической скорости молекул для молекул, летящих вверх и вниз [2], и эффект различия хаотической скорости молекул в потоке горизонтального ветра для молекул, летящих по ветру и против ветра [3].Таким образом, в атмосфере Земли было установлено явление, которое проявляется пока тремя эффектами.

Ниже представлены методика исследований и результаты.

Методика исследований. Экспериментальные исследования проводились на трех высотах: до ~ 200 м, ~20 м и 1,5 м.

Для высоты до ~ 200 м исследования анизотропии проводились с помощью импульс­ного моностатического акустического зондирования атмосферы. Измерялась анизотропия хаотической скорости молекул (v), которая с фазой акустического эхо-сигнала (р) связана известным соотношением р ~1/v , путем зондирования атмосферы при различных углах места (в). Затем для полученных таким образом данных строилась зависимость р = f (в) и опре­делялась анизотропия величины v в вертикальной плоскости [4].

Для высот 1,5 м и ~20 м оценка анизотропии хаотической скорости молекул (v)

производилась контактным способом путем непосредственного измерения величины хао­тической скорости молекул (v) в вертикальной плоскости для молекул, летящих вверх,

вниз, справа и слева в горизонтальном направлении. Использовался специально разрабо­танный способ [5].

Для оценки анизотропии величины v в потоке горизонтального ветра производи­лось непосредственное измерение хаотической скорости молекул специально разрабо­танным способом [3] для молекул, летящих по ветру и против ветра.

СРРСН'2008

I-ч . 2 - 20 2

Результаты исследований. Измерения проводились эпизодически в течение не­скольких часов в различное время суток, в различное время года и для различных погод­ных условий.

Полученные результаты измерений анизотропии хаотической скорости молекул с помощью акустического зондирования свидетельствуют о существовании явно выражен­ного различия хаотической скорости молекул для горизонтального и вертикального на­правления, причем это различие существенно меняется в зависимости от времени суток, времени года и погодных условий, меняя порой знак на обратный.

В качестве иллюстрации на рис. 1 представлены временные зависимости фазы аку­стического эхо-сигнала (р), измеренные одновременно для трех направлений: А - для вертикального, и (+, О) - для двух, противоположных по азимуту, направлений под уг­лом а -22° от вертикали. Результаты, представленные на рис. 1, получены для двух раз­личных погодных условий, и потому соотношения величины р для вертикального и на­клонного зондирования существенно отличаются (точнее - противоположны).

о ВостУУ

Высота зондирования 85 м 20.03.2004 Погода: пасмурно, после ночного дождя, Зап очень большая влажность. Ветер умерен. 1°=5°С.

300 275 250 225 200 175 150 125 100 75 50 25 і

Зап    Высота зондирования 50 м

6.02.2004 г. Погода: пасмурно, после ночного дождя, ветер умеренный, 1°=0°С

105<

1250

13оо б

-т5-1-►

2 350   Время суток

Рис. 1

Результаты измерений непосредственно хаотической скорости молекул контактным способом на высоте ~20 м и 1,5 м также свидетельствуют о явно выраженном различии хао­тической скорости молекул, измеренных для вертикального и горизонтального направления, которое также меняется со временем и в зависимости от погодных условий.

На рис. 2 представлены фрагменты измерений этим способом для двух высот, из которых следует существование различия хаотической скорости молекул для вертикаль­ного и горизонтального направления на двух высотах.

Итак, представленные экспериментальные данные свидетельствуют о существо­вании различия хаотической скорости молекул для вертикального и горизонтального на­правлений на трех существенно отличающихся высотах двумя различными способами. Таким образом, подтверждаются результаты, полученные ранее для высот ~90 км с по­мощью радиолокации метеорных следов [1]. Фрагмент этих результатов представлен на рис. 3.

а

СРРСН'2008

1-ч . 2 - 20 3

Рис. 3

В процессе исследования упомянутого выше эффекта анизотропии молекулярных процессов, нами было обнаружено еще два эффекта анизотропии. Это различие хаотиче­ской скорости молекул, летящих вверх и вниз (рис. 4, а), и различие хаотической скоро­сти молекул, летящих по ветру и против ветра (рис. 4, б).

Первый эффект был обнаружен путем измерения хаотической скорости молекул в вертикальной плоскости одновременно (или поочередно) для молекул, летящих вниз, для молекул, летящих вверх, и для молекул, летящих навстречу друг другу в горизонтальном направлении [2].

Второй эффект был обнаружен путем измерения хаотической скорости молекул, летящих по ветру и против ветра, в потоке горизонтального ветра [3].

Для первого эффекта характерным является различное соотношение скоростей мо­лекул, летящих вверх и вниз, которое меняется со временем и с погодными условиями. В одних случаях скорости молекул, летящих вверх, больше скорости молекул, летящих вниз, в других - наоборот.

Для второго эффекта характерной является устойчивая картина во времени: всегда скорость молекул, летящих по ветру, меньше скорости молекул, летящих против ветра. В течение примерно годичного цикла измерений другой картины не наблюдалось.

Были проведены теоретические исследования с целью выявления механизма, при­водящего к наблюдаемым эффекта [2, 3]. Для всех трех эффектов найдено теоретическое

СРРСН'2008

1-ч . 2 - 2 0 4обоснование. Первых два эффекта связаны с влиянием на скорость молекул, летящих вниз и вверх, силы тяжести, высотного градиента плотности атмосферы и длины свобод­ного пробега молекул. Третий эффект связан с действием барического градиента давле­ния атмосферы на хаотическую скорость молекул.

а б

Рис. 4

Явление анизотропии молекулярных процессов, по-видимому, не должно исчерпы­ваться только наблюдаемыми нами тремя эффектами. Вероятно, должны существовать и другие проявления этого явления.

Заключение. Полученные результаты многолетних экспериментальных и теорети­ческих исследований позволяют заключить, что в атмосфере Земли наблюдается новое явление - явление анизотропии молекулярных процессов, которое проявляется пока тремя эффектами.

Найдено теоретическое обоснование наблюдаемым эффектам. Литература

1. Делов И. А. Анизотропия параметров ионизованного метеорного следа, связан­ных с молекулярными процессами в атмосфере. Изв. АН СССР. Геомагнетизм и аэроно­мия. 1966, Т.26, №2. С. 265-268.

2. Делов И. А., Слипченко Н.И., Леонидов А. В. Анизотропия вертикальной состав­ляющей хаотической скорости молекул атмосферы Земли / Радиотехника: Всеукр. науч.-техн. сб. Вып № 118. 2007. - С. 288-298.

3. Делов И.А., Слипченко Н.И., Леонидов А.В. Эффект анизотропии хаотической скорости молекул, связанной с горизонтальным ветром. Результаты экспериментальной проверки гипотезы / Радиотехника: Всеукр. науч.-техн. сб. Вып № 152. 2008. - С. 97-104.

4. Делов И. А., Слипченко Н.И. Результаты экспериментальных исследований ани­зотропии молекулярных процессов атмосферы с помощью акустического зондирования / Прикладная радиоэлектроника. 2004, том 3, № 3. Харьков. - С. 27-36.

5. Бондаренко М.Ф., Слипченко Н.И., Делов И.А., Леонидов А.В. Результаты изме­рения анизотропии температуры атмосферы в приземном слое Земли контактным спосо­бом / Прикладная радиоэлектроника. 2005, том 4, № 4. Харьков. - С. 383-393.

СРРСН'2008

1-ч . 2 - 2 0 5

НОВОЕ СВОЙСТВО МОЛЕКУЛ НЕЙТРАЛЬНОЙ ГАЗОВОЙ СРЕДЫ

Делов И.А., Слипченко Н.И., Леонидов А.А. Харьковский национальный университет радиоэлектроники

61166, Харьков, пр. Ленина, 14, ПНИЛ ЗА, тел. 70-21-333

The results of theoretical and experimental investigations demonstrating existence of a new property of a neutral gaseous medium molecule, namely, the property to retain direction and velocity value received by them from the external sources are obtained. This property of the gaseous medium makes it possible to explain in what a way the molecular processes of anisot-ropy is observed in experiments.

Введение. Наблюдаемое во многочисленных экспериментах явление анизотропии молекулярных процессов, которое проявляется в виде трех эффектов: различие хаотиче­ской скорости молекул (v) и длины свободного пробега молекул (X) для вертикального

и горизонтального направления [1]; различие хаотической скорости молекул, летящих вверх и вниз [2]; различие хаотической скорости молекул в потоке горизонтального ветра для молекул, летящих по ветру и против ветра [3], вызывает естественный вопрос - ка­ким образом удается наблюдать различие скоростей молекул при их хаотическом движе­нии и при столь малой длине свободного пробега молекул (на высоте 1,5 м X*3-10-6, а на высоте ~90км X* 2 см).

Были проведены теоретические исследования этого вопроса, в результате которых была сформулирована гипотеза [4], согласно которой молекулы всякого нейтрального газа должны обладать свойством сохранять достаточно длительное время направление и величину скорости, полученную ими от внешнего источника. Эта гипотеза затем прове­рялась экспериментально [5]. В данном сообщении представлены результаты исследова­ния этого вопроса.

Методика исследований. Теоретические исследования проводились на основании рассмотрения упругого столкновения шаров [4].

Экспериментальная проверка гипотезы проводилась с помощью специально разра­ботанного способа [5], суть которого сводилась к одновременному измерению над на­правленным потоком тепла или холода величины хаотической скорости молекул для мо­лекул, летящих: от источника тепла (холода), к источнику тепла (холода) и перпендику­лярно источнику тепла (холода) слева и справа. При этом принималось во внимание, что если молекулы воздуха не сохраняют направление и величину скорости, полученную ими от внешнего источника, то измеренные величины хаотической скорости молекул для ука­занных выше четырех направлений будут равны между собой. Если же молекулы воздуха сохраняют достаточно длительное время направление и величину скорости, полученные ими от внешнего источника, то скорость молекул, летящих от источника тепла, будет всегда больше, а от источника холода - меньше скорости молекул, летящих к источнику тепла (или холода, соответственно) и в перпендикулярном направлении. Причем, такая картина в этом случае должна сохраняться при изменении направления источника тепла (холода), на различном расстоянии от источника, а также при кратковременном устране­нии источника тепла (холода).

Результаты теоретических исследований. Результаты теоретических исследова­ний показали, что передача кинетической энергии в направлении от источника тепла (хо­лода) происходит в результате центральных столкновений молекул (т.е. происходит пол­ная передача энергии от молекулы к молекуле), а в остальных направлениях - за счет ко­сых столкновений (т.е. происходит частичная передача энергии, не более 50%). Для того чтобы скорости молекул для всех направлений выравнялись, необходимы тройные столкновения и столкновения более высокого порядка. Но частоты столкновений трой­ных и более высокого порядка значительно меньше двойных столкновений, которые про­исходят при центральном столкновении.

СРРСН'2008

I-ч . 2 - 20 6

В силу всего этого передача кинетической энергии от источника тепла (холода), т.е. в направлении центрального удара, всегда будет выделяться по сравнению с остальными направлениями. На основании вышесказанного в [4] была высказана гипотеза о том, что молекулы нейтрального газа должны обладать свойством достаточно длительное время сохранять направление и величину скорости, полученные ими от внешнего источника.

Результаты экспериментальной проверки гипотезы. Проведенные многочис­ленные эксперименты по проверке этой гипотезы с использованием описанного выше способа [5] подтвердили гипотезу, и таким образом можно считать установленным новое свойство молекул нейтральной газовой среды - достаточно длительной время сохранять направление и величину скорости, полученные ими от внешнего источника. В качестве источника тепла в экспериментах использовался электрический обогреватель с плоской поверхностью излучения, а в качестве источника холода использовался кусок льда с пло­ской поверхностью. Измерения проводились на различном расстоянии от источника теп­ла (холода), при различных углах к горизонту, а также при кратковременном устранении источника тепла (холода).

В качестве иллюстрации на рис. 1-6 представлены фрагмента полученных резуль­татов.

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117 


Похожие статьи

Автор неизвестен - 13 самых важных уроков библии

Автор неизвестен - Беседы на книгу бытие

Автор неизвестен - Беседы на шестоднев

Автор неизвестен - Богословие

Автор неизвестен - Божественность христа