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重力流的结构和前锋速度 | Structure of gravity current and front speed
从结构上,可以将重力流分为鼻部、头部、尾部。鼻部即为重力流的前锋,与周围流体混合发生裂片和裂缝不稳定。头部由于混合作用是流体的较高部位,发生K-H不稳定。尾部高度较低,流速快于前锋,将流体物质补充到前锋。
在二战时期,毒气战称为一种战争手段。美军邀请von Kármán研究毒气沿地表的扩散方式。von Kármán利用伯努利方程推导出,如果流体的密度大于空气密度,其密度差为Δρ,则有
ug'h12=Fr
式中,u是厚度为h的流体头部运动速度;g’为减重力,g’=Δρg/ρ0,g为重力加速度;Fr为弗劳德数,von Kármán给出Fr=√2。
从流体的组成方面来讲,重力流可以是成分驱动重力流(compositional-driven current),颗粒驱动重力流(particle-driven currents)。成分驱动重力流的密度差,是由溶解在流体中的组分提供的;颗粒驱动重力流的密度差,是由悬浮在流体中的颗粒提供的。
参考文献
Simpson JE. 1997. Gravity currents. In the Environment and the Laboratory. 2nd ed. Cambridge University Press. 1-244.