涡度

时间:2023-06-01 11:28:50编辑:优化君

对于二维流体而言,其涡度向量垂直于流体平面。而若有一流体绕着一个轴心刚体旋动的话,则其涡度值为角速度之两倍;故对这样的流体而言,若涡度值为零的话则必为非旋转流体。但是,非旋转流体仍然可以具有非零值的角速度,如一绕着轴心绕转时、其切线速度刚好正比于流体与轴心距离之倒数的流体,其涡度为零。

绝对涡度是相对涡度与地转涡度(即科氏力参数的绝对值)的和,即:

ζa=ζ+|f|?(式1.1)

式中,ζa为绝对涡度,ζ为涡度,f为地转参数。

由于地转参数的表达式是:

f=2Ωsinγ?(式1.2)

式中Ω为地转角速度,γ为纬度。

将地转参数表达式代入式1.1,得

ζa=ζ+|2Ωsinγ|?(式1.3)

绝对涡度与高度(h)是相关的,称之为位涡,即:

∵Dζa/Dh=0?(式1.4.1)

∴ζa/h=常数(式1.4.2)

因此,为了满足位涡为常数,在高度增加时,分子ζa需要减小,即绝对涡度随高度减小。

将式1.3代入式1.4.2,得

[ζ+|2Ωsinγ|]/h=常数(式1.5)

由式1.5可得知,当纬度增加,高度不变时,为了满足位涡为常数,于是相对涡度ζ就要减小。(位涡守恒定律之一)

位涡公式还可以表达为:

PV=1/p·ζa·▽PT

式中,PV为位涡,p为空气密度,PT为位温。

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