流体力学第七章(旋转流体动力学)ppt课件

第7章旋转流体动力学。上面讨论的流体运动是在惯性坐标系中进行的，没有考虑地球的旋转效应。地球本身以一定的速度旋转，地球的旋转效应将对地球大气、海洋和其他流体的运动产生重大影响。假设考虑流体运动的参考系统以一定的角速度绕轴旋转；然后，这种参考系统称为旋转参考系统，相对于旋转参考系统的流体运动称为旋转流体运动。大多数地球物理流体力学涉及大量属于旋转流体力学的问题。2、高压、低压、3、高压、低压、4、第一节旋转参考系的流体运动方程的主要内容、第二节旋转流体无量纲方程和第三节罗斯贝数的鲁德曼-泰勒定理的第四节地转流，本章将主要介绍考虑地球自转效应下的流体运动，5，流体运动方程的旋转参考系的第一部分，惯性坐标系和旋转坐标系之间的运动速度满足以下条件：绝对速度，相对速度，牵连速度，牵连速度：6，速度-矢径随时间的变化，7。这个算符是惯性坐标系和旋转坐标系之间的一般关系。对于任何矢量，上述算子只适用于矢量的情况，标量在绝对坐标系和相对坐标系中的时间导数是相同的。牛顿的第二个定理是基于惯性坐标系，也就是说，下面的分析得到了适合描述旋转流体的运动方程。10、11、and、and、and、and、and、and、and、and、and、and、and、and、and、and、and、and、and、and、and、and、and 地转偏转力垂直于流速，它只改变流速的方向，不改变流速矢量的大小。 沿着流动方向观察，对于地球的流体运动，地转偏转力使流体向右偏转(北半球)。地转偏转力的出现完全是由于在旋转参考系统下观测到的流体运动引起的旋转效应。当坐标不旋转时，惯性离心力和偏转力不出现，运动方程退化为N-S方程。在地球物理流体力学或大气动力学中，大多数流体运动方程采用旋转流体运动方程(小尺度运动除外)。然而，必须注意的是，旋转效应与流体运动的规模密切相关。为了进一步研究旋转流体的运动特性，通常需要对旋转流体的运动方程进行分析和简化。本节将推导旋转流体运动的无量纲方程，为旋转流体运动方程的分析和简化提供依据，并介绍旋转流体力学中常用的罗斯贝数。首先，选择特征尺度(特征值)。首先，选择尺度分析所需的各物理量的特征尺度：特征长度尺度：L特征速度尺度：U特征时间尺度：T重力加速度特征量：G密度特征量：旋转参考系的旋转角速度特征量：18岁。考虑到讨论1的极限情况，通常选择最大有效刻度作为压差的刻度。特征压差可采用两种不同的尺度：旋转流体运动的无量纲方程g、20、ro、1/fr、ek、旋转流体运动的无量纲方程、21、1。特征罗斯贝数与第三章中的定义基本相同：它是测量旋转效应的一个重要量。根据RO1罗斯贝数的定义，地转偏转力起着很大的作用，旋转效应也很重要。RO1，地转偏转力的影响很小，所以不能考虑地球的旋转效应。在实际应用中：大型模板埃克曼数反映了旋转流体中粘度的相对重要性，弗雷德数反映了旋转流体中弗雷德数，弗雷德数反映了旋转流体中旋转作用和重力作用的相对重要性，旋转和非旋转流体动力学的本质区别在于偏转力的作用。在第三节中，普鲁德曼-泰勒定理，普鲁德曼-泰勒定理：不可压缩或正压流体，在力的影响下准定常缓慢运动，由于强烈的旋转效应，其速度将独立于垂直坐标，并且流动趋向于二维(流动是水平的和二维的)。为了突出旋转流体的主要特征，下面的讨论集中在偏转力起重要作用的流体运动上。此时，偏转力项远远大于运动的惯性项和粘性项。旋转流体的运动方程。27，假设流体运动满足：强旋转效应RO1或RO0(即罗斯贝数很小)；0，并且要求ROL/UT0(即要求t大并且1/T0，即对应于准稳态慢动作)。在这种情况下，无量纲方程变为：即。29.方程进一步处理：考虑压力梯度力项(在两种情况下):(1)假设流体是不可压缩的：2)正压流体：可以看出，在两种情况下，流体的压力梯度项可以表示为某一函数的梯度。30，重力项：考虑，(强大)，31，方程变为：无量纲方程，流体不可压缩，正压流体，或，重力强大，32，进动取自上面的方程，梯度进动为零，33，因为它是一个常数向量，并且从不可压缩性中已知，所以：(1)，(2)，(3)=0，2=0，根据向量算法，34，通常有：流体运动不随高度而变化。最后，有：35岁。进一步考虑下边界是平的，边界条件是：此时流体没有垂直运动，运动是水平的，水平运动不随高度变化，这就是水平二维运动(鲁德曼-泰勒定理)。可以看出，在任何高度都有常数：在组合条件下。36，第四节地转流和一般的Roudman-Taylor定理，旋转流体运动中的偏转力是主要的作用项，而相对加速度项和粘性项可以忽略不计。本节介绍了满足鲁德曼-泰勒定理的典型流体运动地转流。嘿。37，在满足Roudman-Taylor定理的条件下，旋转流体运动中的偏转力是主要作用项，相对加速度项和粘度项可以忽略不计：简化的无量纲方程。38，都有量纲方程，由它控制的流体运动叫做地转运动。无量纲方程。39，为了更好地说明地转流现象，对方程作了必要的变形，分析方程的形式在局部直角坐标中为：x，y，z，40，局部直角坐标中组件的形式为：而重力项具有以下形式：41，42，因此，可以获得地转运动方程的分量的形式：省略较小量级的项，此外，动态气象学中常用的地转运动方程和静力平衡方程可以表示为以下近似表达式：地转运动方程，静力平衡。44、水平压力梯度力和水平科里奥利力平衡运动地转流。地转流的运动特征是流速垂直于压力梯度力，平行于等压线。水平运动满足以下公式：45，中纬度大气的准地转运动特征(850百帕高度场和冬季风场)，低压，高压，高压，P0P1P2，大气压力梯度力科里奥利力，气旋和反气旋简介，高压，低压，准地转流示