Модели для определения состояния воздуха

Свойства атмосферного воздуха постоянно меняются, поэтому трудно оценить воздействие воздушной среды на судно. Учет воздействия метеорологических параметров производится в этом случае сравнением их значений со стандартными условиями. Для этого введено понятие стандартной атмосферы (ГОСТ 4401-81) - модели атмосферы с условным распределением температуры, давления и влажности воздуха до заданной высоты.

Модель стандартной атмосферысодержит значения основных параметров атмосферного воздуха для интервала высот 20 м ÷ 5 км.

Исходными данными стандартной модели являются:

§ атмосфера состоит из сухого воздуха;

§ за нулевую поверхность принят уровень океана;

§ давление р_о = 760 мм рт.ст. (1013,25 гПа);

§ температура t_о = +15°С (Т₀=288,15°К);

§ плотность (массовая) = 1,266 кг/м³;

§ ускорение свободного падения g_o = 9,80665м/с²;

§ парциальное давление водяного пара е = 10,5гПа.

Граница тропосферы лежит на высоте 11 км, вертикальный градиент температуры в тропосфере постоянен и равен 0,65°С/ 100м;

В стратосфере, выше 11 км, температура постоянна и равна –56,5°С.

Эти значения на территории нашей страны близки к средним многолетним результатам лета.

Модели состояния воздуха

На основании модели стандартной атмосферы и уравнения состояния механической смеси идеальных газов с учетом закона Дальтона были разработаны математические модели состояния сухого воздуха и модели влажного воздуха.

ДО……Уравнение модели состояния сухого воздуха

Сухой воздух - это такая смесь атмосферных газов, в составе которых отсутствует водяной пар.

Состояние каждого из этих газов характеризуется температурой, давлением или плотностью (удельным объемом). Эти величины связаны между собой уравнением состояния газов.

При условиях, наблюдающихся в атмосфере Земли, основные газы, входящие в состав воздуха, ведут себя практически как идеальные газы. Уравнение состояния механической смеси идеальных газов имеет вид:

p_i · v_i = R_i · T, (1.1)

где: р_i – парциальное давление i–го газа;

Т – температура смеси газов;

v_i – удельный объем i–го газа данной смеси;

R_i – удельная газовая постоянная идеального газа;

I – число газов, составляющих механическую смесь.

Согласно закону Дальтона, поведение каждого газа в механической смеси не зависит от присутствия других газов, а общее давление смеси равно сумме парциальных давлений.

Ø В результате выведено уравнение модели состояния сухого воздуха:

p v = R_c T, (1.2)

или

p = , (1.2^*)

где p – парциальное давление сухого воздуха;

– плотность сухого воздуха;

Т – температура смеси газов сухого воздуха;

R_c – удельная газовая постоянная сухого воздуха

R_c = 287 м²/с²К.