Động lực học lớp xáo trộn vμ Độ dμi Monin-Obukho

D [K-1] Hệ số giãn nở nhiệt của n†ớc

6.2.3 Động lực học lớp xáo trộn vμ Độ dμi Monin-Obukho

Khi chứng minh các cuộc thí nghiệm trong phòng thí nghịêm do Deardorff vμ cộng sự (1969), sự hạ thấp nhiệt vẫn có một phần động năng của chúng khi chúng tới đáy của lớp xáo trộn. Kết quả, lμ phần n‡ớc chìm có thể v‡ợt quá mật độ bề mặt nằm trong lớp xáo trộn vμ một phần thâm nhập qua mặt phân cách rối vμo tầng n‡ớc sâu phía d‡ới (sự đối l‡u có thể đạt đ‡ợc). Một phần nhỏ của

ơn đối với chuyển động rối, nói chung sự chìm nhẹ có khả năng xáo trộn lớn hơn (Ymix |0,2-0.25) chuyển động rối tạo ra bởi ứng suất Reynolds (xem phần 4.6.3).

Chuyển động rối không chỉ lμ tác nhân của sự cuốn theo lớp nhảy vọt nhiệt độ vμo bề mặt lớp xáo trộn; nguyên nhân nữa đ‡ợc cung cấp từ sự xáo động do gió (ph‡ơng trình 47). Hai tác nhân t‡ơng đối quan trọng nμy thay đổi theo độ sâu h: ng‡ợc lại ảnh h‡ởng của gió mang tính đối xứng với độ sâu h, trong khi mμ ảnh h‡ởng của đối l‡u (trong ph‡ơng trình 69) giảm dần hơn theo độ sâu. Để đơn giản, ng‡ời ta cho rằng mức độ chuyển động rối cho sự xáo trộn lμ không đổi theo độ sâu vμ a=1 (ở ph‡ơng trình 69). Độ dμi Monin-Obukhov LM (bảng 4.5) đ‡ợc xác định theo độ sâu h = LM tại hai số l‡ợng H=JR(ph‡ơng trình 65) vμH= J0

b (ph‡ơng trình 68) lμ bằng nhau:

LM =

năng l‡ợng nμy lμ sẵn có cho sự cuốn trôi của n‡ớc nặng hơn từ phía d‡ới vμo tầng xáo trộn, lμm ảnh h‡ởng tới tầng xáo trộn sâu. Cuối cùng, một phần nhỏ năng l‡ợng từ sự chìm có thể vận chuyện tới tầng n‡ớc sâu từ sóng nội. Ví dụ, ở hình 10 t‡ơng thích với giả thiết rằng 30% sự tạo ra ẩn nhiệt từ sự lμm lạnh bề mặt (ppot trong ph‡ơng trình 44) dẫn tới sự tăng thế năng của lớp hỗn độn. Phần nhỏ nμy có quan hệ tới khả năng hỗn loạn, đ‡ợc xác định nh‡ tỉ lệ của sự tạo ra thế năng cho năng l‡ợng tiêu hao, Ymix = J0

b/H (ph‡ơng trình 56). Bởi vì năng l‡ợng của sự chìm nhẹ lμ trực tiếp h

0 3 * b kj u = 2 / 3 10 áá ạ ã ăă â Đ U UairC 0 3 10 b kJ W (70)

Dấu âm đ‡ợc chọn lựa từ quy ‡ớc để phân loại trạng thái trong tr‡ờng hợp thông l‡ợng nổi âm J0

b(ví dụ, sự ấm lên của cột n‡ớc ). L‡u ý rằng sự đóng góp chủ yếu tới sự cuốn trôi lμ sự đối l‡u nếu nh‡ LM < hmix vμ tốc độ gió nếu LM> hmix. Một biểu đồ trình bμy khái quát tất cả số l‡ợng cuộc thảo luận đ‡ợc cung cấp trong hình 4.9.

Hình 4.9.

Trong hình 4.10, sự ảnh h‡ởng của 2 quá trình xáo trộn đ‡ợc so sánh mang tính định l‡ợng. Mối quan hệ giữa tổn thất nhiệt bề mặt Hnetvμ tốc độ gió w10 lμ đồ thị cho hai độ sâu khác nhau với hmix = LM (góp phần cân bằng tới sự cuốn trôi, nghĩa lμ, mức cân bằng của chảy rối tại miền của lớp xáo trộn). Bởi vì LM tỉ lệ nghịch với D (ph‡ơng trình 70 vμ bảng 4.5), vμ do đó với nhiệt độ n‡ớc T, sự cuốn trôi trong nhiệt độ hồ th‡ờng kiểm soát bởi sự lμm lạnh, nh‡ng khi nhiệt độ bề mặt xấp xỉ 40c , LM lớn vμ tốc độ gió vẫn chỉ nh‡ tác nhân xáo động .