湍流对云滴碰撞增长的影响
大气与海洋物理
2019-01-14 v5
摘要
我们通过高分辨率数值模拟研究了湍流对微米级液滴碰撞增长的影响，其中柯尔莫哥洛夫尺度被充分解析，并假设碰撞与聚并效率为1。液滴动力学与碰撞采用超粒子方法进行近似。在无重力情况下，我们表明由湍流诱导碰撞引起的液滴尺寸分布形状的时间演化强烈依赖于湍流动能耗散率，而仅弱依赖于雷诺数。这可通过 Saffman-Turner 碰撞模型所描述的碰撞率均值对能量耗散率的依赖来解释。与 Saffman-Turner 碰撞模型及其扩展一致，即使引入聚并，碰撞率仍随能量耗散率的平方根增大。尺寸分布在约10微米的最大值至约40微米之间呈现斜率为-3.7的幂律行为。当引入重力时，发现在早期湍流主导了初始单分散液滴分布的时间演化。然而在后期，重力占据主导并控制碰撞增长。我们发现大液滴的形成对湍流动能耗散率非常敏感。这是由于在雨滴形成的早期阶段，湍流增强了尺度相近液滴之间的碰撞增长。平均碰撞率呈指数增长，这与连续碰撞增长的理论预测一致，即使引入湍流生成的碰撞也是如此。这种一致性仅反映了湍流对碰撞增长的平均效应。
引用
@article{arxiv.1711.10062,
title = {Effect of turbulence on collisional growth of cloud droplets},
author = {Xiang-Yu Li and A. Brandenburg and G. Svensson and N. E. L. Haugen and B. Mehlig and I. Rogachevskii},
journal= {arXiv preprint arXiv:1711.10062},
year = {2019}
}