السرعة الجانبية فوق سطح ناعم

2004 الإنسياق الرملي

د.جاسم محمد العوضي

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

السرعة الجانبية فوق سطح ناعم علوم الأرض والجيولوجيا

يمكن تمييز منطقتين مختلفتين للتدفق ضمن الطبقة المتاخمة وهما المنطقة الداخلية (Inner region) والمنطقة الخارجية (Outer region).

وتتميز المنطقة الداخلية القريبة من السطح بسريان قانون التوزيع اللوغاريتمي للسرعة (Logarithmic velocity profile) على جزيئاتها المتدفقة، بينما في المنطقة الخارجية فأن الصورة الجانبية للسرعة تحيد عن هذا القانون.

وتجدر الإشارة هنا أنه في المنطقة الداخلية يتم التحكم بالتدفق عن طريق السطح أو الجدار الملامس للجزيئات المتدفقة وأيضاً عن طريق المتغيرات الداخلية للسائل نفسه مثل لزوجة الحركة المستجدة (ᴠ(، ارتفاع خشونة السطح (Surface roughness height, z0) والسرعة القاصة (Shear velocity, u* )

 

هذا وتمتد المنطقة الداخلية للسرعة الجانبية إلى مسافة تصل تقريبا خمس سماكة الطبقة المتاخمة  

بينما يتم التحكم بالمنطقة الخارجية للسرعة الجانبية عن طريق السرعة السطحية الحرة  وسماكة الطبقة المتاخمة.

ويمثل شكل رقم (1.5) منحنى سرعة الرياح فوق السطح الناعم.

 

وقد بين سشلشتينك (Schlichting, 1960) بأنه يوجد هناك طبقة رقيقة بالقرب من السطح حيث يتم تواجد التدفق الهادئ (Laminar flow) دائما حتى في التدفق الذي يتميز بقيم عالية من Re. وسمى سماكة هذه الطبقة بالطبقة الثانوية اللزجة  وعرفها حسابيا بالمعادلة التالية:

وتبين معادلة رقم (1.5) بأن الطبقة الثانوية اللزجة تتزايد في السماكة مع زيادة لزوجة السائل وتتناقص عندما ينمو تأثير السرعة القاصة للسائل.

ويعتبر وصف فان كارمان (Karman, 1934) للرياح السطحية المضطربة– ) (Turbo lent surface wind من أدق القوانين التي تصف زيادة سرعة الهواء لوغارايتمياً مع الارتفاع عن سطح الأرض.

 

وهذا القانون اللوغاريتمي يأخذ الشكل العام التالي:

حيث أن k مثل ثابت يعرف بثابت فان كارمان وقدر مختبرياً وحقليا بـ 3.5 فوق السطوح الناعمة وبـ 4.0 فوق السطوح الأخرى (Hanna, et al.,1982) والمتغير z يمثل الارتفاع عن السطح و u يمثل سرعة الرياح الهابة.

ويطبق هذا القانون في حالة السطوح المنبسطة التي لها طول غير متناه وخشونة متجانسة وخاصة في حالة التدرج الحراري.

وقد تم اعتماد تلك المعادلة من قبل العديد من العلماء والباحثين ومن بينهم شبل (Chepil.1945) وباجنولد(Bagnold,1945) وزنك(zingg,1953).

 

وتعرف المعادلة رقم (1.6) بالجانب اللوغاريتمي للرياح Logarithmic wind profile  وتكون المعادلة سارية المفعول عندما يكون فيها الرقم Re  أكبر من3.5 (Goldstein, 1950  وWhite, 1940)

وفي الحالات التي يكون فيها الرقم Re  أصغر من 3.5 يكون ارتفاع صلابة السطح (z₀) ضمن الطبقة الثانوية اللزجة ('ϐ )، ولذا لا يمكن استخدام هذه المعادلة. وفي البيئة الصحراوية والأراضي القاحلة قد يصل الارتفاع الذي تنطبق عليه معادلة (1.6) إلى حوالي 100 متر عند هبوب الرياح الشديدة (Greeley & Iversen, 1985).

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]