Interessant stuk op het web bij het AD over de zon

Discussie over klimaat en verandering daarvan, broeikaseffect, zeespiegelstijging, etc.
Oud-forumlid
Berichten: 514

Re: Interessant stuk op het web bij het AD over de zon

Bericht door Oud-forumlid » 31-01-2014 20:45

Er is al het e.e.a. gezegd. Maar toch ook nog iets van mijn kant. Met die ongeveer 30 km bedoelde ik inderdaad de "ballistische hoogte" (met verwaarlozing van wrijving). Dat het in extreme gevallen (VEI 7 à 8) mogelijk is om toch nog hoger dan deze "ballistische hoogte" te geraken komt inderdaad t.g.v. convectie. Uiteraard is het een complex verhaal (re-entrainment, vaste stof die deels terugvalt - afhankelijk van de deeltjes grootte).

Hoe kom ik aan die ±800 meter per seconde? Welnu, als je gas op zeer hoge druk door een opening laat ontsnappen (mits die druk hoog genoeg is - hoger dan de z.g. kritische druk ratio) benadert het op een gegeven moment de geluidssnelheid. Op dat moment benadert de drukgradiënt oneindig. Je kunt de geluidssnelheid op deze manier niet overschreiden.

Dat kan alleen als je met een uitgekiende uitstroom opening (een z.g. Laval nozzle) het gas, terwijl het vrijwel in eerste aanvang zijn snelheid houdt laat expanderen. T.g.v. de expansie gaat de temperatuur omlaag, en daarmee de eigen geluidssnelheid en gaat het gas t.o.v. zijn eigen geluidssnelheid met supersone snelheid bewegen.

Zie: Afbeelding

Waarbij Afbeelding de Cv/Cp ratio is, Afbeelding de dichtheid [kg/m³] en p de druk [Pa].

Daaruit volgt dat de geluidssnelheid voor - ideale - gassen evenredig is met de wortel uit de temperatuur in Kelvin, en omgekeerd evenredig aan de wortel uit het mol gewicht.

Stoom heeft een lager mol gewicht dan lucht (18 versus ongeveer 29 voor droge lucht), en die orde grootte 1000°C helpt ook om de geluidssnelheid nog wat verder te verhogen (naar ongeveer 800 m/s).

Dat verklaart ook waarom een straaljager supersoon kan vliegen. De uitlaatgassen van z'n motor zijn zeer heet en hebben een eigen geluidssnelheid die veel hoger is dan die van lucht op omgevingstemperaturen.

Mazzel & broge, Evert

Adrie
Berichten: 624
Lid geworden op: 30-06-1983

Re: Interessant stuk op het web bij het AD over de zon

Bericht door Adrie » 31-01-2014 23:49

Gedraagt het mengsel (aerosol??) dat uit een vulkaan komt zich (bij benadering) als een ideaal gas? Dat die wolken ondoorzichtbaar zijn, betekent dat ze uit vaste of vloeibare deeltjes bestaan. Er zit ongetwijfeld veel aerosol in, maar het soms nogal witte uiterlijk doet vermoeden dat ze voor een (groot) deel uit waterdamp bestaan. Dan moet de temperatuur van de wolk aan de randen lager zijn dan 100 C. Gezien de onmiddelijke adiabatische uitzetting die de wolk ondergaat bij het verlaten van de vulkaan zal het volume alleen beperkt worden door de arbeid die de wolk verricht tegen de omringende lucht bij het uitzetten. In principe is het proces te vergelijken met de hete gassen die een straalmotor verlaten. Praktisch gezien zal dit proces wel beschreven worden volgens Joule-Thompson uitzetting.

Oud-forumlid
Berichten: 514

Re: Interessant stuk op het web bij het AD over de zon

Bericht door Oud-forumlid » 01-02-2014 16:22

Als je een gas hebt dat voldoende ver van z'n kritische punt zit (voor water/stoom is dat ongeveer 374°C en 220 bar) kan je het als een ideaal gas beschouwen. De druk moet dan wel voldoende laag zijn om het volume dat de atomen innemen niet meer erg relevant te doen zijn.

Bij explosief vulkanisme is - in eerste aanvang - het vaste stof gehalte van het gas (vooral stoom) zeer aanzienlijk. De warmte inhoud van het vaste stof gas mengsel wordt dan ook in eerste instantie volstrekt door de vaste stof gedomineerd. Daardoor zijn "nuées ardente" / "pyroclastic flows" zo dodelijk. Dichte wolken die terugvallen bij Pliniaanse uitbarstingen hebben nog steeds een temperatuur van vele honderden graden.

De warmte inhoud van de vaste stof maakt ook dat de temperatuur bij expansie (veel) langzamer daalt dan bij een puur gas. En je moet je realiseren dat indien je (bijvoorbeeld) een één op één mengsel (qua massa) vaste stof en gas hebt de vaste stof bij 1 bar nog maar ongeveer één duizendste van het volume inneemt. Als je eenmaal op de omgevingsdruk bent aangeland (< 1bar) wordt het volume al snel door het gas gedomineerd, maar de warmte inhoud van de vaste stof doet nog steeds duchtig mee.

Mazzel & broge, Evert

Plaats reactie