旋轉流體流動

旋轉流體流動 rotating fluid flow
流體相對旋轉系統的運動。基本特徵是科里奧利力(見相對運動)起重要作用,由此引出一系列特殊的流動現象,如準地轉流、泰勒柱、羅斯比波、埃克曼流等。由於對大氣、海洋等的觀測,都是在地球這個旋轉系統中進行,所以旋轉流體流動是地球流體力學的基本研究內容之一。另外,在旋轉流體機械(如葉輪機械)的研究中,也需套用旋轉流體流動的理論。
①準地轉流和泰勒柱。旋轉系統的科里奧利力效應一般用羅斯比數Ro和埃克曼數Ek(見地球流體力學)表征。當Ro和Ek很小時,作用於流體微團上的力主要是重力、科里奧利力和壓力梯度,三者近於平衡,流動是準水平的,這種流動稱為準地轉流。大氣和海洋環流、行星波以及大尺度旋渦均屬準地轉流動。在旋轉流體中作緩慢移動的柱體上方,存在一個與此柱體一起移動的流體柱,其行為頗像固體,這一現象由G.I.泰勒在實驗中證實,故稱該流體柱為泰勒柱。實驗還證實在垂直於旋轉軸所有平面上的流動狀態都相同。此重要結論首先由J.普勞德曼從理論上預見,繼而由泰勒用實驗證實,所以旋轉流體平面二維性原理又稱泰勒-普勞德曼定理。在大氣、海洋和其他行星(如木星)大氣中,均可觀察到泰勒柱現象。

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