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Diffusion from a ground level line source into the disturbed boundary layer far downstream from a fence

1967; Elsevier BV; Volume: 10; Issue: 2 Linguagem: Inglês

10.1016/0017-9310(67)90097-x

1879-2189

Erich J. Plate,

Aeolian processes and effects

The concentration field is discussed which exists far downstream from a line source of ammonia gas emitting continuously into the boundary layer along a smooth flat plate. The boundary layer is obstructed by an impermeable and sharp-edged fence which extends over the whole width of the plate at a short distance downstream from the source. The basis of discussion is a set of experimental data which was obtained in a wind tunnel. The flow field downstream from the fence exhibits three different zones of velocity distributions. These zones are indicated and a velocity distribution law is given based on the assumption that the disturbed boundary layer consists of two parts: an outer layer for which the parameters of the distribution law depend on the boundary-layer thickness and on the geometry of the disturbing fence, and an inner layer for which the velocity distribution law depends on the roughness of the floor. The vertical distributions of concentrations downstream from the fence follow a similarity law whose shape corresponds to that found in undisturbed boundary layers. The similarity parameters reflect strongly the presence of the fence. The characteristic length λ is found to increase exponentially with the fence height. The characteristic length, the similarity law, and the velocity distribution law, are used to calculate the maximum ground concentrations at large distances downstream from the fence where the presence of the boundary-layer edge limits the growth of the diffusion plume to that of the boundary layer. On discute le champ de concentration existant loin à l'amont d'une source linéaire de gaz ammoniac qui émet continuellement dans la couche limite sur une plaque plane lisse. La couche limite est arrêtée par une barrière imperméable à bord vif qui s'étend sur toute la largeur de la plaque à une courte distance de la source. La base de la discussion est un ensemble de données expérimentales obtenues dans une soufflerie. L'écoulement à l'aval de la barrière présente trois zones différentes de distributions de vitesse. Ces zones sont indiquées et l'on donne une loi de distribution de vitesse basée sur l'hypothèse que la couche limite perturbée est constituée de deux parties: une couche extérieure pour laquelle les paramètres de la loi de distribution dépendent de l'épaisseur de la couche limite et de la géométrie de la barrière qui la perturbe, et une couche intérieure pour laquelle la loi de distribution de vitesse dépend de la rugosité de la paroi. Les distributions verticales de concentrations à l'aval de la barrière suivent une loi de similitude dont la forme correspond à celle trouvée avec les couches limites non perturbées. Les paramètres de similitude reflètent fortement la présence de la barrière. La longueur caractéristique λ augmente exponentiellement avec la hauteur de la barrière. La longueur caractéristique, la loi de similitude et la distribution de vitesse sont utilisées pour calculer les concentrations maximales au sol à de grandes distances en aval de la barrière où la présence de la frontière de la couche limite empêche le panache de diffusion de croître au-delà de cette couche limite. Eine linienförmige Quelle emittiert kontinuierlich Ammoniakgas in die Grenzschicht entlang einer glatten ebenen Platte. Das Konzentrationsfeld, das in grösserer Entfernung stromabwärts von der Quelle existiert, wird diskutiert. Die Grenzschicht wird durch ein undurchlässiges, scharfkantiges Hindernis, das sich über die gesamte Breite der Platte erstreckt und sich in geringer Entfernung stromabwärts von der Quelle befindet, gestört. Als Grundlage der Betrachtung dient eine Reihe von Versuchsdaten, die in einem Windkanal gewonnen wurden. Das Strömungsfeld stromabwärts vom Hindernis weist drei verschiedene Zonen der Geschwindigkeits-verteilung auf. Diese Zonen werden aufgezeigt und ein Gesetz für die Geschwindigkeitsverteilung wird angegeben. Dieses Gesetz gründet sich auf die Annahme, dass die gestörte Grenzschicht aus zwei Schichten besteht: Aus einer äusseren Schicht, für deren Geschwindigkeitsverteilung die Dicke der Grenzschicht und die Geometrie des Hindernisses massgebend sind, und aus einer inneren Schicht, deren Geschwindigkeits-verteilung von der Rauhigkeit der Plattenoberfläche abhängt. Der Konzentrationsverlauf senkrecht zur Platte folgt für alle stromabwärts vom Hindernis gelegenen Stellen einem Ähnlichkeitsgesetz entsprechend dem, das in ungestörten Grenzschichten gefunden wurde. Aus den Ähnlichkeitskenngrössen folgt deutlich das Vorhandensein des Hindernisses. Es ergab sich, dass die charakteristische Länge λ exponentiell mit der Höhe des Hindernisses anwächst. Die charakteristische Länge, das Ähnlichkeitsgesetz und das Gesetz für die Geschwindigkeitsverteilung werden dazu verwendet, die maximalen Konzentrationen an der Plattenoberfläsche stromabwärts in grosser Entfernung vom Hindernis zu berechnen, wo das Ende der Grenzschicht das Anwachsen des Diffusionsfeldes auf das der Grenzschicht beschränkt.