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Ocean Turbulence |
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Turbulence Marine (turbolenza dell'oceano), velocità di acqua di mare in qualsiasi punto la grandezza e la direzione delle variazioni del flusso dei disturbi. Si può migliorare la qualità della dissoluzione diffusione, la dispersione del calore e trasferimento di quantità di moto di energia da una più grande per un vortice di movimento trasferimento moto vorticoso piccola scala scala. Come la diffusione materiale e trasferimento di energia e momento, turbolenza gradualmente indebolita, in modo che solo la fornitura esterna di energia per mantenere il corpo di acqua, al fine di sostenere i fenomeni di turbolenza. Nozioni di base Velocità di acqua di mare qualsiasi punto e direzione cambiamenti erano significativamente disturbo flusso instabile, noto anche come turbolenza o turbolenza. Solo dall'esterno per mantenere la fornitura di acqua di energia per mantenere uno stato turbolento. Una caratteristica importante della turbolenza, che permette alla quantità di moto del fluido e calore, così come sale e altre sostanze contenute nel processo di diffusione significativamente maggiore (molto più forte del processo di diffusione), e causa vortice larga scala dell'energia dal vettore di movimento piccola scala trasferimento moto vorticoso. Nonostante la turbolenza sembra disorganizzato, ma è ancora in linea equazioni idrodinamiche ─ ─ Navier - Stokes. Tuttavia, a causa equazioni idrodinamiche sono non lineari, moto turbolento è ancora poco diffuso problema soluzione. I primi studi di turbolenza è un importante contributo alla O. Reynolds, il suo punto di vista da Eulero, la fluidodinamica di Navier - Stokes per il tempo medio di elaborazione è derivato equazioni medie nel tempo del moto del fluido introdotto lo stress di Reynolds, e reso criterio esistenza turbolenta ─ ─ Reynolds. Numero di Reynolds è pari caratteristiche densità del fluido, la velocità e il flusso del prodotto della lunghezza caratteristica del tre dello stesso rapporto tra la viscosità cinematica del fluido. Quando il numero di Reynolds è uguale a zero, il moto armonico nell'acqua (che è ancora uno stato speciale), quando il numero di Reynolds è piccolo, il flusso d'acqua in uno stato laminare, cioè in una stalla, strato liquido alcuno scambio fluido tra le norme dello Stato; Quando il numero di Reynolds aumenta ad un certo valore critico, cioè dal flusso di fluido laminare diventa turbolento. 1925 L. Prandtl moto turbolento ha avanzato l'ipotesi della lunghezza di miscelazione per ottenere una von Karman e altri lo sviluppo umano, allora questa teoria si chiama teoria turbolento lunghezza miscelazione semi-empirica. Nel 1921, GI Taylor dal punto di vista lagrangiano, avanzata dalla lagrangiana funzione di correlazione della velocità di avvicinamento turbolenza. Nel 1960, AH Kolmogorov analisi della funzione di correlazione velocità Eulero, applicarlo allo studio della turbolenza. Successivamente AC Lutto e AM SGS Lom et al sviluppare ulteriormente questo approccio. I due metodi stabiliti teoria della turbolenza, teoria statistica della turbolenza chiamato.Caratteristiche di base Nel mare, indipendentemente dalla scala o intensità di turbolenza, la componente verticale ed una componente orizzontale è solitamente molto diversa, è generalmente studiata separatamente. Ragione di questa differenza generato, il primo livello degli oceani perché il rapporto maggiore dimensione verticale scala, perché la densità di acqua seguito da un effetto di stratificazione verticale, turbolento coefficiente viscosità direzione verticale è generalmente da 1 fino a 103 cm ² / secondo, mentre il coefficiente di viscosità orizzontale ha raggiunto 105-108 cm2 / secondo, entrambi disparità. Turbolenza verticale marino causa il processo principale Oceano superficie sforzo del vento sul ruolo sottomarino correnti oceaniche, in particolare la tendenza degli effetti di attrito, così come il livello di stress dovuto a correnti non uniformi causata da scorrimento verticale. I principali fattori che causano livello di turbolenza Che agisce sulla superficie dell'oceano stress del vento in direzione orizzontale è uniforme, effetti Coast attrito limite sul lato acqua di mare, e la presenza di correnti interne o correnti adiacente flusso tra il taglio orizzontale. Il movimento orizzontale del mare, livello dell'oceano come serie su larga scala del movimento circolazione macro, piccole molecole per moto termico del mare. Larga scala circolazione oceanica direttamente dal sistema di vento importanti del mondo per ottenere energia attraverso effetto turbolenza, l'energia dal movimento di un movimento su larga scala di trasferimento ad una scala più piccola, e infine passò in moto molecolare e calore. Studiare il movimento orizzontale e verticale oceano, rispettivamente, selezionare la dimensione media adeguata è molto importante. Dopo aver scelto la dimensione media della premessa, tutte le scale più grandi della dimensione media del movimento può essere preso come il movimento media, e la bilancia è inferiore alla dimensione media di un moto turbolento del manico. Ovviamente, la scelta della dimensione media, a seconda della domanda di ricerca può essere. Eddy viscosità e della lunghezza di miscelazione Di solito dire che il flusso del mare, come ad esempio le correnti di vento, correnti geostrofiche e tendenze, sono tempo-mediata significa flusso medio o termini spaziali. Equazioni del moto dei fluidi media (cioè, le medie nel tempo Reynolds equazioni del moto) descrivono le caratteristiche medie di flusso. Queste equazioni descrivono il fluido con le equazioni del moto istantanei rispetto al tipo che contiene ulteriori elementi di stress Reynolds. Essi sono moltiplicate per il perturbazione velocità ottenuti dalla media, per caratterizzare la turbolenza provocata dagli effetti del cambio di moto. Secondo lo stesso sollecitazioni analogia viscosità molecolare, Reynolds stress è che la stessa velocità media proporzionale alla derivata della quantità di spazio, ed il fattore di scala chiamati viscosità turbolenta parassite o viscosità. Rapporto di viscosità parassite di viscosità molecolare 102-1010 volte. Infatti, la viscosità parassite non è una costante fisica, è presente solo nelle caratteristiche del fluido di un moto turbolento che. Con la teoria cinetica Prandtl turbolento di gas nella fase di gas molecolare percorso analogia gratuito proposto miscelazione ipotesi lunghezza. Si definisce una miscelazione distanza media lunghezza, questa distanza è assunto vortice turbolento miscelazione di liquidi diversi circostanti, e definire la durata di miscelazione viscosità turbolenta della piazza con la pendenza media della velocità del prodotto. Prossimità del confine di un solido, in prossimità di un solido rispetto alla viscosità sottile moto turbolento molecolare, Prandtl presume inoltre che la lunghezza di miscelazione con il confine solido del fluido e proporzionale alla distanza, e l'introduzione di solido caratterizzazione rugosità confine parametri di rugosità. Più tardi, CG Rossby e RB Montgomery applicazione di miscelazione ipotesi lunghezza, ricavati sul fondo del mare e la velocità del flusso limite atmosferico con distanza dal fondo con questa distribuzione logaritmica e la funzione di distribuzione di potenza. Ocean eddy viscosità determinata empiricamente Eddy viscosità dell'acqua dipende dalla struttura del campo di moto. Determinata empiricamente metodo viscosità oceano parassite ci sono due tipi: ① dal calcolo della velocità media; ② la velocità misurata di acqua (compresa velocità fluttuante) delle sequenze temporali da calcolare dopo aver determinato lo stress di Reynolds. Verticale eddy viscosità varia a seconda della profondità dell'acqua, stabilità dell'acqua, così come fattori come il vento e l'azione delle onde, mentre la viscosità turbolenta orizzontale dipende dalla scala di sport acquatici. Nella parte superiore dell'oceano uniforme densità, turbolenza e vento lo stress principalmente legati. Così, la viscosità turbolenta verticale è proporzionale al quadrato con il vento. Gradiente di densità stabilità direzione verticale per diminuire l'intensità di turbolenza verticale, e la velocità media verticale delle verticali turbolenza taglio incrementi di forza. Lo stesso livello di stabilità del fluido verticale rapporto quadrato gradiente di velocità, noto come Richard numero SUN, che è caratterizzato da una stratificazione di densità stabile sugli effetti della turbolenza verticali un criterio. Richard viscosità verticale aumenta con il numero delle sole diminuisce. WH Munk e ER Andrew Sun e О.И. Mamayev ha dato verticale viscosità eddy eddy e coefficiente di diffusione empatia Sun Cha rapporto tra il numero di espressioni diverse. Inoltre, il colore delle particelle traccianti esperimenti dispersione ed esperimenti, ma anche comunemente utilizzati per determinare il livello di viscosità turbolenta e orizzontali eddy coefficiente di diffusione. Nel calcolo numerico, la viscosità turbolenta orizzontale e verticale eddy coefficiente di diffusione è di solito presa come una quantità costante. Teoria viene applicata Correnti parassite nella teoria statistica oceano e la sua applicazione turbolento funzione di autocorrelazione della velocità della trasformata di Fourier, chiamato spettro turbolenza, rappresenta la scala di energia turbolenta in diverse dimensioni (cioè il numero d'onda differente) del moto vorticoso nella ripartizione . Anche se la velocità del moto turbolento irregolare, ma lo spettro turbolenza in senso statistico c'è una certa legge. Dal 1935, Taylor, Kolmogorov e GK Baqie Le e molti altri, hanno studiato il numero di onda dello spettro turbolenza come variabile indipendente, soprattutto per quanto riguarda la turbolenza isotropa, e ha ottenuto numerosi diverse forme di spettro turbolenza. Turbolenta velocità di trasferimento di energia dovuto al moto vorticoso gamma di diverse scale (cioè, il numero di onda differente) varia, ma nella gamma media scala, turbolento tasso di trasferimento di energia è costante. Kolmogorov trovato che media scala spettro turbolenza con numero d'onda K -5/3 è proporzionale alla potenza. Premere la teoria statistica della turbolenza, eddy viscosità può essere definita come il rapporto tra la lunghezza di mescolamento con tutti i piccoli vortice medi medie velocità del flusso del prodotto. Proporzionale al vortex scale di lunghezza (cioè reciproca numero d'onda K-1), e lo spettro della turbolenza, dopo l'integrazione del numero d'onda, l'equivalente di due limiti di integrazione del numero d'onda gamma di velocità turbolenta media quadratica. Pertanto, se si usa la turbolenza spettro Kolmogorov, la viscosità vortice della stessa onda numero K di -3 / 4 Potenza di flusso proporzionale che corrisponde alla scala media con 4/3 proporzionale alla potenza. HM Shituomeier ha sottolineato, utilizzando metodi empirici per determinare il livello del mare viscosità turbolenta e verticale viscosità turbolenta, soddisfare questo rapporto. Spettro turbolenza può essere misurata anche fluttuazioni di velocità connessi o analisi spaziale relativi al tempo ottenuto. Il risultato è ottenuto dalla turbolenza isotropa. Perché l'oceano non è spesso turbolenza isotropa, in modo che il ricorso deve essere basato sul caso specifico. Status quo Negli ultimi anni, con la precisione dei misuratori di corrente e l'emergere di computer di grandi dimensioni, teoria statistica della turbolenza si è notevolmente sviluppata, e nello studio della turbolenza dell'oceano è stata sempre più ampiamente utilizzato. |
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