Hệ số khuếch tán giao ph‡ơng mặt đẳng mật độ

D [K-1] Hệ số giãn nở nhiệt của n†ớc

4.6.3.2Hệ số khuếch tán giao ph‡ơng mặt đẳng mật độ

Nh‡ đã trình bμy trong phần 5.4, chỉ một phần nhỏ động năng biến đổi sang thế năng trong suốt quá trình xáo trộn giao ph‡ơng mặt đẳng mật độ, khi đó hiệu suất xáo trộn Jmix=-jb/H=kdN2/H (ph‡ơng trình 56) chủ yếu nhỏ hơn một. Perter vμ Gregg (1987) đánh giá hiệu suất xáo trộn trong lớp tr‡ợt mạnh của dòng chảy ng‡ợc xích đạo lμ Jmix=0,12, một bậc phân loại đó cũng d‡ờng nh‡ tiêu biểu cho sự gây ra dịch chuyển. Sự xáo trộn trong tầng n‡ớc hồ sâu (Lvey vμ Imberr 1991).

Thực tế sự quan trọng của Jmix lμ điều có thể dùng đ‡ợc đối với đo mức độ chuyển động rối. Ph‡ơng trình 56 có thể dùng mối liên hệ sự tiêu hao với hệ số khuếch tán giao ph‡ơng mặt đẳng mật độ trong một vùng tr‡ợt ổn định (bảng 4.8).

kd =JmixH/N2 (m2s-1)

Kích th‡ớc phần tiêu hao đ‡ợc tiến hμnh ở mức thăm dò (Osborn 1974), cái mμ ý nghĩa một thμnh phần của một phần mất đi một khoảng cách 2 cm (Oakey 1982). Khi đó ph‡ơng trình (53) đ‡ợc dùng để quyết địnhH.

Tiệm cận hơn nữa tới hệ số khuếch tán giao ph‡ơng mặt đẳng mật độ lμ dựa trên cơ sở sự dao động nhiệt độ. Cuộn xoáy ng‡ợc Gradien nhiệt độ wT/wz tạo ra nhiệt độ dao động T’. Vì phần n‡ớc bị thay đổi vẫn duy trì nhiệt độ của nó trong quá trình xảy ra cuộn xoáy vμ một số lần sau nữa (hình 4.11b). Điều kiện không đổi ph‡ơng trình cân bằng cho T’ trong trạng thái xoáy đều sự tạo ra đó vì phần lđ lộn ng‡ợc cân bằng với tỉ lệ của mặt nhẵn khuếch tán, nghĩa lμ :

W’T’(wT/wz) = 3DT(wT’/wz) 2 (73)

Nếu số hạng -W’T’đ‡ợc thay bởi một thông số Fick ( ph‡ơng trình 17), hệ số khuếch tán xoáy giao ph‡ơng mặt đẳng mật độ của nhiệt (bảng 4.8) trở thμnh :

KT

d=CDT; (74)

Cũng đ‡ợc coi nh‡ số c cho bởi c = 3(wT’/wz) 2 / (wT/wz) (Osbornvμ Cox 1972) có thể đo đ‡ợc C bằng việc dùng các máy đo nhiệt rối (Fozdar vμ cộng sự 1985; Dillon vμ Cald Well 1980) cái mμ có thể chuyển gradien khoảng cách xuống một phạm vi nhỏ hơn 1 cm (Hình 4.11b).

Hình 4.11. a. Biểu đồ xáo trộn của hai khối n Helmholtz trong dòng chảy tr‡ợt phân tầng xảy ra

‡ớc C (lạnh) vμ W (ấm) do tính không ổn định Kelvin-

cho Ri < 0.25 (Rii = Gradient số Richardson; xem Bảng 5; đ‡ợc hiệu chỉnh từ Thorpe 1969). b. Profile theo ph‡ơng thẳng đứng của các gradient nhiệt độ cấu trúc vi mô [K m-1] đ‡ợc đo ở đỉnh 325 m gần Boldakova ở bờ phía nam của hồ Baikal. Profile nμy

chỉ ra những phần xáo trộn mính liệt lớn (Các dao động hai chiều lớn) vμ các phần hoμn toμn không

hoạt động (ví dụ từ độ sâu 80 - 90 m).

Sự phụ thuộc vμo năng l‡ợng sẵn có vμ vμo sự sắp xếp theo tầng lớp, cỡ lớn nhất của xoáy ng‡ợc tạo quãng đ‡ờng xa hơn của sự đánh giá hệ số khuếch tán rối giao ph‡ơng mặt đẳng mật độ (bảng 4.8). Tỷ lệ độ dμi, nơi mμ độ nổi bị áp đặt bởi sự phân tầng cho bởi Ozmidov scale:

Lo = (H/N3)1/2 (m)

Trong lúc chuyển động ban đầu, sự chuyển động rối tạo ra nhiệt độ dao động. Sự thay đổi vị trí thẳng đứng của một khối n‡ớc riêng biệt có thể tính toán bởi quá trình sắp xếp các giá trị nhiệt độ nhất định bên trong một lát cắt vuông góc nh‡ thể tích đơn điệu nhiệt độ giảm theo độ sâu. Thực chất cân bằng giữa tất cả bên trong một lớp nhỏ; điều kiện Thorpe Scale LT (Thorpe 1977) tạo ra một phần mở rộng thẳng đứng của xoáy lộn ng‡ợc. Phép đo trong các hồ (Dillon 1982) vμ trong đại duơng cho rằng, trong gradien nhiệt độ xác định tốt, Ozmidow vμ Thorpe Scale gần nh‡ bằng nhau, tức lμ: LT# L0. Bằng sự kết hợp các ph‡ơng trình (72) vμ (75), một sự liên kết giữa Thorpe scale vμ hệ số khuếch tán xoáy có thể lấy đ‡ợc từ

Một giản l‡ợc của phạm vi xáo trộn vμ những ph‡ơng pháp khác nhau cho quá trình đánh giá hệ số khuếch tán rối giao ph‡ơng mặt đẳng mật độ đ‡ợc cho t‡ơng ứng trong bảng 4.6 vμ bảng 4.8.