Vniknutí gravitačního proudu - Gravity current intrusion

Termín vniknutí gravitačního proudu označuje mechanika tekutin jev, při kterém tekutina proniká převážně vodorovným pohybem do samostatné vrstevnaté tekutiny, obvykle podél roviny neutrálního vztlaku. Toto chování rozlišuje rozdíl mezi průniky gravitačního proudu a gravitační proudy, protože průniky nejsou omezeny dobře definovanou hraniční plochou.[1] Stejně jako u gravitační proudy, tok narušení je řízen uvnitř gravitačního pole rozdíly hustoty, které jsou obvykle dostatečně malé, aby umožňovaly Boussinesqova aproximace.

Rozdíl v hustotě pohonu mezi tekutinami, které produkují pohyb vniknutí, může být jednoduše způsoben chemickým složením. Změny však mohou být způsobeny také rozdíly v příslušných teplotách kapaliny, koncentracích rozpuštěných látek a částicemi suspendovanými v proudech.[2]Mezi příklady průniků suspenzí částic patří odtoky říčních sedimentů naložených v oceánech, průniky sedimentačních nádrží do kanalizace „na zkrat“[3] a zákal proud teče přes hypersalinní středomořské bazény.[4] Příklady také existují vniknutí částic způsobených bočním rozšířením termiky nebo oblaků podél rovin neutrálního vztlaku; jako jsou průniky obsahující kovové sedimenty vytvořené z hlubinných hydrotermálních průduchů.[5] Nebo stejně krystalicky naložené průniky tvořené oblaky uvnitř sopečných magmatických komor.[6] Pravděpodobně nejpozoruhodnějším ze všech gravitačních vniknutí je atmosférický gravitační proud generovaný velkou „slinskou“ sopečnou erupcí. V takovém případě sopka 'Převislý' deštník 'je příkladem narušení bočně vnikajícího do stratifikátu Troposféra.

Výzkum

Práce analyzující gravitační proudy šířící se v jednom hostiteli tekutin byla rozšířena, aby zvážila průniky do ostře stratifikovaných tekutin Hoylerem a Huppertem v roce 1980.[7] Od té doby došlo k dalším významným analytickým a experimentálním pokrokům v porozumění konkrétně průnikům naložených částicemi výzkumníky, včetně Bonnecaze a kol., (1993, 1995, 1996), Rimoldi a kol. (1996) a Rooij a kol. (1999). Od roku 2012 Flynn a Linden provedli nejnovější důkladnou analytickou analýzu určenou k určení rychlosti šíření klasicky se rozšiřujícího narušení.[8] Praktické experimentování s průniky obvykle využívalo zámkovou výměnu ke studiu dynamiky průniku.

Struktura

Základní struktura gravitačního vniknutí je přibližně stejná jako u klasického proudu se zhruba eliptickou „hlavou“, za kterou následuje ocas, který se táhne se zvětšenou délkou proudu, je to v zadní polovině vnikací hlavy, kde se většina míchá s okolním dochází k tekutinám.[9] Stejně jako u gravitačních proudů, vniknutí vykazují během šíření stejné „klesající“, „samopodobné“ a „viskózní“ fáze jako gravitační proudy.[3]

Reference

  1. ^ Simpson, J. E. (1997). Gravitační proudy. Cambridge: Cambridge University Press.
  2. ^ Monaghan, J.J (2007). Msgstr "Interakce gravitačního proudu s rozhraními". Roční přehled mechaniky tekutin. 39 (1): 245–61. Bibcode:2007AnRFM..39..245M. doi:10.1146 / annurev.fluid.39.050905.110218.
  3. ^ A b Rooij, F.D .; Linden, P.F .; Daziel, S.B. (1999). „mezifázové vniknutí na bázi alinu a částic“. Journal of Fluid Mechanics. 389 (1): 303–334. Bibcode:1999JFM ... 389..303D. doi:10.1017 / S0022112099005078.
  4. ^ Rimoldi, B; Alexander, J .; Morris, S (1996). „Experimentální proudy zákalu vstupující do vody se stratifikovanou hustotou: analogy pro turbidity ve středomořských hypersalinních povodích“. Sedimentologie. 43 (3): 527–540. Bibcode:1996Sedim..43..527R. doi:10.1046 / j.1365-3091.1996.d01-21.x.
  5. ^ Tivey, J.E .; Delaney, J. R .; Johnson, H. P .; Tivey, M. K. (1985). „Unášení a vertikální transport hlubinné vody vznášejícími se hydrotermálními oblaky“. Příroda. 316 (6029): 621–625. Bibcode:1985 Natur.316..621L. doi:10.1038 / 316621a0.
  6. ^ Carey, S.N .; Sigurdsson, H .; Sparks, R. S. R (1998). "Experimentální studie oblaků naložených částicemi". Journal of Geophysical Research. 93 (B12): 314–349. Bibcode:1988JGR .... 9315314C. doi:10.1029 / jb093ib12p15314.
  7. ^ Huppert, Herbert E. (1980). "Gravitační proudy vstupující do dvouvrstvé tekutiny". Journal of Fluid Mechanics. 100 (4): 739–767. Bibcode:1980JFM ... 100..739H. doi:10.1017 / S0022112080001383.
  8. ^ Flynn, M.R .; Linden, P.F. (2006). "Rušivé gravitační proudy". Journal of Fluid Mechanics. 568: 193–202. Bibcode:2006JFM ... 568..193F. doi:10.1017 / S0022112006002734.
  9. ^ Lowe, R. J .; Linden, P. F .; Rottman, James W. (2002). "Laboratorní studie struktury rychlosti v rušivém gravitačním proudu". Journal of Fluid Mechanics. 456 (1): 33–48. Bibcode:2002JFM ... 456 ... 33L. doi:10.1017 / S0022112001007303.