scholarly journals Surface Renewal as a Significant Mechanism for Dust Emission

2016 ◽  
Author(s):  
Jie Zhang ◽  
Zhenjiao Teng ◽  
Ning Huang ◽  
Lei Guo ◽  
Yaping Shao

Abstract. Wind-tunnel experiments of dust emissions from different soil surfaces are carried out to better understand dust emission mechanisms. The effects of surface renewal on aerodynamic entrainment and saltation bombardment are analysed in detail, and the measurements are used to test published dust models. It is found that flow conditions, surface particle motions (saltation and creep), soil dust content and ground obstacles all strongly affect dust emission, causing dust emission rate to vary over orders of magnitude. Aerodynamic entrainment is highly effective, if dust supply is unlimited, as in the first 2–3 minutes of our wind-tunnel runs. While aerodynamic entrainment is suppressed by dust supply limit, surface renewal through the motion of surface particles is found to be an effective pathway to remove the supply limit. Surface renewal is also found to be important to the efficiency of saltation bombardment. We demonstrate that surface renewal is a significant mechanism affecting dust emission and recommend that this mechanism be included in future dust models.

2016 ◽  
Vol 16 (24) ◽  
pp. 15517-15528 ◽  
Author(s):  
Jie Zhang ◽  
Zhenjiao Teng ◽  
Ning Huang ◽  
Lei Guo ◽  
Yaping Shao

Abstract. Wind tunnel experiments of dust emissions from different soil surfaces are carried out to better understand dust emission mechanisms. The effects of surface renewal on aerodynamic entrainment and saltation bombardment are analyzed in detail. It is found that flow conditions, surface particle motions (saltation and creep), soil dust content and ground obstacles all strongly affect dust emission, causing its rate to vary over orders of magnitude. Aerodynamic entrainment is highly effective, if dust supply is unlimited, as in the first 2–3 min of our wind tunnel runs. While aerodynamic entrainment is suppressed by dust supply limits, surface renewal through the motion of surface particles appears to be an effective pathway to remove the supply limit. Surface renewal is also found to be important to the efficiency of saltation bombardment. We demonstrate that surface renewal is a significant mechanism affecting dust emission and recommend that this mechanism be included in future dust models.


2018 ◽  
Vol 2018 ◽  
pp. 1-14 ◽  
Author(s):  
Amir Kolaei ◽  
Devin Barcelos ◽  
Götz Bramesfeld

The performance characteristics of a rotor that is typically used for small unmanned aircraft were analyzed in a series of wind-tunnel experiments. Wind-tunnel measurements were conducted with the rotor at various inflow angles in order to investigate the effects on the rotor performance of partially or fully edgewise flow as they are typically encountered with small multirotor vehicles. Rotor tests were also performed under static and fully axial flow conditions in order to investigate the aerodynamic performance during hover as well as vertical climb and descent. The wind-tunnel data were corrected to account for the interference of wind-tunnel walls with the rotor wake and the blockage due to the presence of the rotor test stand in the wind-tunnel test section. The results are presented in terms of thrust, power, and roll moment coefficients under different rotor rotational speeds for a T-motor 18x6.1. Additionally, the measured thrust and power coefficients of Master Airscrew Electric 11x7 are compared with available propeller data under static and axial flow conditions for verification purposes. It is shown that the rotor performance characteristics are strongly affected by the freestream advance ratio and the freestream inflow angles. For example, at inflow angles that are typical for multirotor vehicles between about 15° and 0° with respect to the rotor disc, thrust coefficients stay constant or grow with increasing advance ratio, whereas power coefficients remain relatively constant with changing advance ratio.


2020 ◽  
Author(s):  
Hongchao Dun ◽  
Ning Huang

Abstract. Mineral dust emission is an important physical process related to gas-particle interaction and soil moisture temporal change, which is crucial on global circulation patterns and biogeochemical cycles. The existing dust models are usually semi-empirical functions and far from reliable prediction of dust emission rate ignoring the different phases in dust emission. Here, a dust emission model combined with aerodynamic entrainment and surface renewal mechanisms is established to simulate the physical phased dust emission in farmland. We use a soil moisture transport module to simulate the temporal soil surface moisture, and a simple and feasible scheme to calculate the amount of free grains exposed on soil surface. The model reproduces three typical phases of dust emission: aerodynamic entrainment, dry soil saltation and surface renewal, in which soil moisture is the dominating limiting factor and the dust emission rate remains low. Results show that our model is an effective method to predict the dust emission rate.


2011 ◽  
Vol 60 (1) ◽  
pp. 87-102 ◽  
Author(s):  
Andrea Farsang ◽  
József Szatmári ◽  
Gábor Négyesi ◽  
Máté Bartus ◽  
Károly Barta

Összefoglalva megállapítható, hogy nagyobb szélsebesség hatására több talajanyag erodálódott, és ezzel együtt megnőtt az áthalmozott tápanyag mennyisége is. Minden vizsgált szélsebesség esetében a szélerózió következtében 3–7%-kal megnőtt az 1 mm és annál nagyobb szemcsék, illetve aggregátumok aránya a kiindulási talajanyag felső 0–1 cm-es rétegében. A finomabb szemcse-, illetve aggregátum-átmérők esetén a fújatást követően csökkenést tapasztaltunk. A leginkább a 315 μm és az annál kisebb szemcsék aránya csökkent, átlagosan 1–2%-kal. A minták kémiai és fizikai elemzéseiből megállapítható, hogy a láda utáni humuszosabb, aggregátumosabb szerkezetű minták N-tartalma nagyobb, mint az alapmintáé. A fogók mintáiban nem tapasztaltunk feldúsulást egy vizsgált elem esetében sem, a fogókban összegyűlt talajanyag kálium- és foszfortartalma is kisebb volt, mint az alapmintáé. Ennek oka, hogy az itt csapdázódott üledékben kisebb a tápanyag-megkötődés helyéül szolgáló leiszapolható rész aránya, mint a kiindulási talajanyagban. A vizsgálatainkból látszik, hogy a szélerózió hatására a lebegtetve, illetve ugráltatva áthalmozott talajszemcsékkel és aggregátumokkal szállított humusz 500–3500 kg/ha nagyságrendben mozoghat a vizsgált csernozjom területen akár egyetlen szélesemény hatására is. A kálium-áthalmozódás mértéke elérheti a 100 kg/ha értéket, a foszforé a 70 kg/ha-t, a nitrogénveszteség mértéke pedig akár 200–300 kg/ha is lehet egy szélesemény alkalmával. E tápanyagmennyiség nagy része több száz méter, de akár kilométeres távolságokra is távozhat a területről. Az általunk végzett szélcsatornás vizsgálatok eredményei becslésnek tekinthetők, hiszen vizsgálatunk során növénymaradvány-mentes, szitált és légszáraz talajanyaggal dolgoztunk. A szitálás eredményeként csupán a 2 mm-es és annál kisebb aggregátumok maradtak meg, ami azonban az intenzív művelés alá vont, porosodott, leromlott szerkezetű talajfelszín körülményeit jól közelíti. Ugyanakkor a természetben zajló széleróziós eseményeknek a szélcsatorna-kísérlet csak leegyszerűsített modellváltozata, hiszen az általunk szimulált szélesemények 15 percig tartottak, s nem tudtunk széllökéseket előállítani, melyek a széleróziós események alakulásában nagy jelentőségűek. Ennek tudatában kell a kapott eredményeket értékelni, mégis érdemes velük foglalkozni. A terepi mérésekkel szemben a szélcsatornában végzett vizsgálatoknak éppen az a legfontosabb előnye, hogy ellenőrzött, kontrollált körülmények között végezzük a méréseket, így rengeteg olyan szempontot meg tudunk vizsgálni, amit terepi mérésekkel lehetetlen lenne. Ilyen szempontok a pontos szélsebesség és szélirány hatása, az erodált felület nagysága és tulajdonságai. Kutatásunk következő lépése a szélcsatornás kísérletekkel vizsgált mintaterületeken terepi, mobil szélcsatornás vizsgálatok végzése, valamint terepi üledékcsapdák elhelyezésével a valós szélesemények által elszállított talaj mennyiségének és minőségének meghatározása. Célunk mind pontosabb képet alkotni a hazai jó minőségű csernozjom talajok szélerózió okozta tápanyagveszteségének mértékéről. A mezőgazdasági művelés alatt álló csernozjom területek feltalajában a tápanyag és szerves anyag szélerózió útján történő mozgási törvényszerűségeinek feltárása több szempontból is hasznos: segítséget jelent a területi tervezésben, a defláció szempontjából optimális területhasználat és művelési módok meghatározásában. Képet kapunk arról, hogy a legnagyobb gazdasági potenciállal rendelkező termőtalajunk milyen veszélyeknek van kitéve, s hogy a nem megfelelő időben, nem megfelelő nedvességviszonyok mellett történő talajművelés következtében kialakuló szerkezetromlás (porosodás) miatti deflációs károk milyen tápanyagveszteséggel járhatnak együtt.


Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document