Структуры и спектры турбулентных пульсаций аэроэлектрического полястатья
Статья опубликована в журнале из списка RSCI Web of Science
Статья опубликована в журнале из перечня ВАК
Статья опубликована в журнале из списка Web of Science и/или Scopus
Дата последнего поиска статьи во внешних источниках: 16 января 2019 г.
Аннотация:В целях исследования взаимосвязи структурных и спектральных характеристик турбулентных аэроэлектрических пульсаций разработана и реализована специальная программа натурных наблюдений, включающая разнесенный синхронный прием и цифровую регистрацию медленных вариаций главной составляющей аэроэлектрического поля, прецизионные измерения короткопериодных пульсаций и алгоритм обработки данных, основанный на последовательном применении структурно-временного, структурного и спектрального анализа временных рядов. В качестве датчиков главной компоненты атмосферного электрического поля и её вариаций использовались электростатические флюксметры, а для длительных прецизионных измерений короткопериодных пульсаций поля в частотном диапазоне f = 210-2 5 Гц - электростатические индукционные датчики.
В результате проведенных экспериментов на представительном статистическом материале найдены распределения показателей наклона спектра Sс и показателей структурной функции Dc во всем частотном диапазоне f с 10 21 Гц, соответствующему интервалу самоподобия электрогазодинамической турбулентности в приземном слое, и определены основные закономерности их взаимосвязи, подобные колмогоровским, но в ряде отношений существенно от них отличающиеся. Полученное распределение разности Sс - Dc оказалось бимодальным с первым максимумом, принадлежащим интервалу [1,25; 1.5], и вторым в интервале [1,75; 2.0]. Линейная аппроксимация соотношений между полученными экспериментально показателями структурных функций и наклона спектров S = D + С выявила S10 = D10 + 1,85 для энергонесущей (базис – 10 м) и S3 = D3 + 1,79 для средней (базис – 3 м) части инерционного интервала соответственно. Таким образом, значения констант C10 1,85 и C3 1,79 для линейной аппроксимации анализируемых соотношений S и D примерно равны и существенно превышают единицу.
На основе метода пробных структур проведены численные расчеты, необходимые для интерпретации найденных в натурных экспериментах закономерностей и понимания механизмов формирования спектров электрического поля в атмосфере. Проведенные расчеты в сочетании с экспериментальными результатами ярко демонстрируют тот факт, что в отличие от традиционных задач атмосферной турбулентности, рассматривающих пульсации скорости и температуры газа, напряженность электрического поля является нелокальной величиной, формируемой неоднородным распределением объемных зарядов по области, окружающей точку наблюдения.