biglebowsky: (Milperra)
[personal profile] biglebowsky
Не разбирается ли кто-нибудь, по каким причинам песчаным барханам иногда удается расти в высоту?

Поясню суть вопроса. У нас есть сдувание песка и есть отложение песка.
По абсолютно непонятным лично для меня причинам на вершине бархана песок откладывается интенсивнее, чем сдувается. На первый взгляд, должно быть наоборот: в верхней части бархана, вроде как, скорость ветра больше.

Для удобства дальнейшей дискуссии введем терминологию из http://studopedia.ru/view_geomorfologia.php?id=45 "Эоловые аккумулятивные формы"
Ветровой поток обладает емкостью, мощностью и насыщенностью. Емкостью называется количество песка, которое может перемещаться при данной силе ветра, мощностью — реальное количество перемещенного песка. Отношение мощности к емкости называется насыщенностью потока. Чем меньше это отношение, тем больше дефляционная способность потока. При уменьшении емкости потока происходит аккумуляция песка.

Некое высказывание на тему образования барханов приведено в учебнике "Волны вокруг нас; Б.Б. Кадомцев и В.И. Рыдник". Учебник написан крайне неаккуратно; лично меня не удивит, если окажется, что авторы учебника перепутали абсолютно все, а эксперимента, на который они ссылаются, никто не проводил.
Итак, если верить учебнику, был сделан следующий опыт.
Песок был разделен методом просеивания сквозь сита на 3 фракции по размеру песчинок.
Каждая из фракций была окрашена в свой цвет.
Далее, в аэродинамической трубе был поставлен эксперимент по образованию барханов.
Если использовалась только 1 фракция, то никаих барханов не возникало.
Если 3 фракции перемешивались и засыпались в установку, то барханы начинали расти. При этом, происходило некое разделение фракций. Гребни барханов приобретали окраску, соответствующую крупнозернистой фракции; низины - мелкозернистой; наветренный склон - промежуточной фракции.*

Авторы учебника категорически настаивают, что неустойчивость Кельвина-Гельмгольца** никоим образом не может служить объяснением причины возникновения барханов.
Лично я согласен с эти тезисом. Неустойчивость Кельвина-Гельмгольца выводилась для жидкой / газзообразной среды. Песчаная поверхность не умеет реагировать на малые воздействия, там нужно превышение некой пороговой величины. Если над барханом возникнет легкое разрежение, песок не начнет выгибаться вверх. Если чуть-чуть повысим давление, песок не начнет проминаться вниз.

Примечания.
* Обсуждаемый фрагмент учебника выложен на http://stepnoy-sledopyt.narod.ru/sandphysic/dunes.htm
** http://ru.wikipedia.org/wiki/Неустойчивость_Кельвина_—_Гельмгольца

Я попытался обсудить этот вопрос на http://useless-faq.livejournal.com/13980776.html
и получил очень интереный комментарий от renfry по поводу неустойчивости Кельвина-Гельмгольца: http://useless-faq.livejournal.com/13980776.html?thread=448096872#t448096872
Я попытался почитать упомянутые renfry заметки, но понять ничего не смог.

Комментарии приветствуются.

Update 31.10.2013
статья "The physics of wind-blown sand and dust"; Jasper F Kok et al 2012 Rep. Prog. Phys. 75
http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1201/1201.4353.pdf
стр. 39

Как я понял, в статье речь идет о следующем. Когда мы говорим о скорости ветра, мы обычно имеем в виду скорость потока вне пограничного слоя. Джаспер пишет, что в данной задачке, наоборот, важна скорость именно у самой поверхности, на рассстоянии около диаметра песчинки (на самой поверхности, в данной модельке, скорость тождествено равна нулю). Чтобы навести какую-то математику, нам удобно говорить о поперечном градиенте скорости на нулевой от поверхности высоте. В дальнейшем я буду сокращенно называть это "Градиент" с большой буквы. Т.е., та же самая задачка, когда мы пытаемся вычислить силу вязкого трения, тянущую поверхность бархана.
Джаспер заявляет, что да, действительно, скорость ветра максимальна в районе вершины бархана. А вот Градиент, как ни удивительно, - на наветренном склоне. Понятно, что вверх по склону тащить песчинки тяжелее, чем по горизонтали, но, если Градиент на наветренном склоне существенно больше Градиента на вершине, разность Градиентов "переборет" это неудобство.

Идея Джаспера выглядит разумной. Мне попадались картинки скоростей в пограничном слое в случае ламинарного обтекания закругленного горба со срывом потока после вершины. Естественно, что в районе срыва потока, по определению понятия "срыв потока", Градиент тождественно равен нулю. При приближении к точке срыва, Градиент постепенно падает до нуля.

В случае бархана мы имеем следующие отличия:
- очень турбулентный поток;
- срыв не с пологой части горба, а с некоторой почти острой кромки за вершиной бархана;
- и нам нужно не резкое падение Градиента в ноль в районе точки срыва, а плавное, то есть заблаговременное (по расстоянию) падение Градиента. Песку нужно время и расстояние, чтобы "выпасть" из воздушного потока. Характерная величина, это - длина "свободного прыжка" поднятой в воздух песчинки. Кроме того, нам желательна существенная длина (в процентах длины бархана), чтобы заметные количетва песка могли отложиться быстрее, чем за "геологические времена".

Увы, подробных объяснений, почему Градиент ведет себя так, а не иначе, в работе Джаспера нет. Впрочем, Джаспер ссылается на список работ, где это объяснение, возможно, есть.



Схема образования отрывного течения при обтекании дозвуковым потоком тела с криволинейной образующей. http://www.femto.com.ua/articles/part_2/2714.html
From:
Anonymous
OpenID
Identity URL: 
User
Account name:
Password:
If you don't have an account you can create one now.
Subject:
HTML doesn't work in the subject.

Message:

 
Notice: This account is set to log the IP addresses of everyone who comments.
Links will be displayed as unclickable URLs to help prevent spam.

Profile

biglebowsky: (Default)
biglebowsky

September 2017

S M T W T F S
     12
345678 9
10111213141516
17181920212223
24252627282930

Most Popular Tags

Style Credit

Expand Cut Tags

No cut tags
Page generated Sep. 19th, 2017 11:49 am
Powered by Dreamwidth Studios