斜壓流體

斜壓流體

內部任一點的壓力不僅是密度的函式,而且還和其他熱力學參量(例如溫度等)有關的流體稱為斜壓流體。

定義

斜壓流體是相對正壓流體而言的。正壓流體指內部任一點的壓力只是密度的函式的流體。而斜壓流體的壓力不僅是密度的函式,還和其他熱力學參量(例如溫度等)有關。

渦量源

斜壓流體 斜壓流體
斜壓流體 斜壓流體
斜壓流體 斜壓流體

考慮到正壓流場中,只有一個獨立熱力學參量,即,必定有。斜壓流場中,存在兩個獨立熱力學參量,導致。渦量動力學方程

斜壓流體 斜壓流體

表明在原本無旋的流場中,導致渦量產生的因素有流場的斜壓性,非保守力場和流體的粘性,它們統稱為三大渦量源。

海洋斜壓場

當海水密度不為常數,特別在水平方向上存在明顯差異時,此時等壓面相對於等勢面將會發生傾斜,這種壓力場稱為斜壓場。如圖1所示。

在斜壓場的情況下,海水質點所受的重力與壓強梯度力已不能平衡,由於等壓面的傾斜方向是任意的,所以壓強梯度力一般與重力方向不在同一直線上。其一般表達式為

斜壓流體 斜壓流體

式中n為等壓面的法線方向。寫成分量形式,即壓強梯度力在x,y,z三個方向上的分量分別為

斜壓流體 斜壓流體
斜壓流體 斜壓流體

在正壓流場中,等壓面和等密度面相平行;在斜壓流場中,等壓面和等密度面相交。在圖1右表示的斜壓流動中,水平實線代表靜止大氣的等壓線;斜的虛線代表等密度線。在同一水平線上,左邊的流體較輕,右邊的流體較重;在相同的壓力梯度下,形成順時針的環流。這個環流使逐步轉到沿的方向,使斜壓效應最後消失。

因為海洋常常處在斜壓狀態,所以壓強梯度力水平分量也就經常存在。儘管它的量級很小,大約相當於一個無摩擦的物體於坡度為1cm:1km的斜面上向下滑動所受的力,但由於海水本身是流體,在水平方向上極小的力也會引起流動,它因之成了引起海水運動的重要作用力。

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