地球物理流体力学课件:Lecture 6 Ekman flows 和海洋风生环流
最新地球物理流体动力学前言第一章课件PPT

但实际上不能清楚区分热盐环流和风生环流,例如不能说70%风生环流,
30%热盐环流,因为不是线性系统。
热盐环流的驱动机制?
§1.12 全球输送带Great Ocean Conveyor Belt
感热和水分的传输也依赖于风速(当然还依赖温度和湿度)。传输的方 向基本上是热、湿(干、冷)的空气向上(下)传。像上面的风速切变,
温度和湿度的梯度在近地面时变大,也与离表面的距离成反比。
§1.10 水圈循环 The Hydrological Cycle
如果水汽只能靠分子扩散传输的话,可能就会向上扩散直到整个大气饱和。但是由 于辐射在垂直、经向和下垫面的不均匀,造成大气垂直对流和水平运动。上升使温 度降低,空气达到饱和凝结并可以最终成为降水,而下沉则多为未饱和空气,当达 水面时又重新获得水汽,循环周而复始。
水量用海表面积的容器测量则海水为3800m, 大气中的水分30mm, 冰(主要南极大陆冰原ice sheet)融化后76m, 地下水(往往很深)19m, 湖与河水4m。
ice sheet与大气的热交换很慢,因为冰的导热性很差。ice sheet的生命期 为1015年。 但是雪和海冰对地球的热平衡在给定时段里有较显著的影响。雪有很大的 短波反射率,海冰可以在某地形成,阻碍海气的热交换。并且可以漂流 1000km再融化,类似于蒸发-降水。
则由Stefan’s Law: E T4 5 .6 7 1 8 0 W 2K m 4
地球表面温度应该为赤道270K,南极150K,北极170K。
事实上,地表温度比此高很 多,南北差异也没这么大。 原因是:
(1)大气的存在影响地 表温度;
(2)大气和海洋的运动 可影响温度的南北差异。
§1.3 温室效应 The Greenhouse Effect
地球物理流体力学课件

地球物理流体力学课件
地球物理流体力学是研究地球内部和大气、海洋等自然界流体运动规律的学科。
其课件内容一般包括以下几个方面:
1. 流体力学基础知识,介绍流体的性质、流体静力学、动力学基本方程、连续性方程、动量方程和能量方程等基础知识,为后续地球物理流体力学的学习打下基础。
2. 地球内部流体运动,介绍地球内部的物质运动规律,包括地幔对流、地核运动等,探讨地球内部流体对地壳构造和地震等地质现象的影响。
3. 大气和海洋流体运动,探讨大气和海洋中的气流和洋流等运动规律,包括环流系统、季风、厄尔尼诺现象等,以及它们对气候和天气的影响。
4. 地球物理流体力学模型,介绍地球物理流体力学模型的建立和应用,包括数值模拟方法、地球系统模型等,以及这些模型在地球科学研究中的作用和意义。
在课件中,通常会结合理论知识和实际案例进行讲解,以便帮助学生更好地理解地球物理流体力学的理论和应用。
同时,课件中可能还会包括一些实验、观测数据和计算方法,以及相关的学习资源和参考文献,以便学生能够深入学习和研究地球物理流体力学的领域。
《流体力学入门》课件

03
气体压力计利用弹性元 件的变形来测量压力, 适用于测量较低的压力 。
04
流体静压力的计算需要 考虑流体的密度、重力 加速度和作用面积等因 素。
03
流体动力学基础
流体动力学基本概念
01
流体
流体是气体和液体的总称,具有流 动性和不可压缩性。
流线
流线是表示流体运动方向的几何线 条。
03
02
流场
流场是流体运动所占据的空间区域 。
伯努利方程
伯努利方程描述了流体在 封闭管道中流动时,流体 的压力、速度和高度之间 的关系。
连续性方程
连续性方程描述了流体在 流动过程中质量守恒的规 律。
流体流动的阻力与损失
摩擦阻力
摩擦阻力是由于流体与管 壁之间的摩擦而产生的阻 力,通常用达西-韦伯定律 来描述。
局部损失
局部损失是由于流体在管 道中流动时,由于管道形 状、方向变化等原因而产 生的能量损失。
《流体力学入门》 ppt课件
xx年xx月xx日
• 流体力学简介 • 流体静力学基础 • 流体动力学基础 • 流体流动现象与规律 • 流体力学在工程中的应用
目录
01
流体力学简介
流体的定义与特性
总结词
流体的定义与特性是流体力学研究的基础。
详细描述
流体是指在任何微小剪切力作用下都能发生连续变形的物体,具有粘性、压缩性和流动性等特性。
流体动力学还用于解决一些工程问题,例如管 道流动的阻力和传热问题,以及流体动力学的 振动和稳定性问题等。
流体动力学在航空航天、交通运输、能源等领 域也有着重要的应用,例如飞机和汽车的设计 、发动机的工作原理等。
流体流动现象与规律在工程中的应用
流体课件

R 2 r 0
2
2
Rr r0 r r0
v y y r R Rr r v y d 2 r 0 d r r v0 R R 0 0 r0 v0 R
R r R 2 B1 2 C1 r r r 0 0 0
流体力学泵与风机
例 有一两面收缩均匀的0.05×0.05m正方形射孔,出口速度10m/s,求距出口3m 处气流平均流速v1与质量平均流速v2. 解:设3m处截面处在主体段内.查表取a=0.07
4 0.052 de d e 0.05m 2 0.05 0.05 4A
v1 0.095 0.48 v1 0.219m / s v0 as 0.147 0.07 3 0.147 d0 0.05 v2 0.23 0.23 0.053 v2 0.53m / s v0 as 0.147 0.07 3 0.147 d0 0.05
由图中可得: R x0 s s s s 1 1 1 3.4a r0 x0 r0 x0 / r0 r0 / tg r0
as R 3.4 0.294 r r0 0
as D 6.8 0.147 d d0 0
v 截面上y点速度 v m 同截面轴心点速度
阿勃拉莫维奇起始段的无因次量
y y0.5v0 yc yb y0.9v0 y0.1v0
v y点速度 v0 核心速度
第一节 无限空间淹没紊流射流的特征
二 射流运动特征
流体力学泵与风机
阿勃拉莫维奇在起始段的的测定结果以及阿勃拉莫维奇起始段结果:
二 断面流量Q
地球流体动力学PPT课件

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第三,大气运动过程中凝结潜热的释放是大气运动的 一个重要能量源,造成大气运动的发展,增加大气运 动的复杂性。 此外,大气的斜压性、准不可压缩性也是大气的重要 特性,对大气运动也产生重要影响。
第一章 引论 在本章中,将对地球物理流体及地球物理流体动力学 的内涵作初步的框定,并对它的物理特性及最基本的 动力学特征作简单的介绍,其中亦涉及一些准备知识 和基础知识。
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近年来,年际短期气候变化异常已成为一个热门课题。 而人们在寻求和探索解决这个热门课题时,经常把大 气和海洋相合起来当作一个完整系统来处理,认为短 期气候变化应是海气相互作用的结果。其最突出的表 现,就是从动力学角度来研究短期气候变化,或者欲 作出短期气候变化的数值预报,都需要依赖海-气耦合 的数值模式。而对地球流体力学的研究,无疑对于建 立合理的海-气耦合模式,较好地解决短期气候变化问 题将会有很多帮助。诚然,地球流体力学的意义和用 途远不止于此,而且它自身还正处在蓬勃发展中。
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§1.2 大尺度大气和海洋流动的基本观测事实 覆盖整个地球的大气,质量为5.3×1015吨左右,约占
地球总质量百万分之一。由于地心引力的作用,大气 质量90%聚集在离地表面15km高度以下的大气层内, 99.99%在48km以内。而与人类活动最密切有关的约在 8~12km以下的对流层内。 全球海洋总面积约占地表面积的71%,相当于陆地25 倍。全球海洋平均深度约为3.8km,总质量为 13.7×1017吨左右。平均说来,按海水的温度或密度可 将海洋分成三层:①季节变层,即上混合层(0~50或 100m)。表面风混合层、季节性跃层和周日跃层,都 出现在这一层中。
流体力学基本知识PPT优秀课件

第一节 流体的主要物理性质 第二节 流体静压强及其分布规律 第三节 流体运动的基本知识 第四节 流动阻力和水头损失 第五节 孔口、管嘴出流及两相流体简介
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第一节 流体的主要物理性质
一、密度和容重 密度:对于均质流体,单位体积的质量称为
流体的密度。 容重:对于均质流体,单位体积的 重量称为
等压面:流体中压强相等的各点所组成 的面为等压面。
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压强的度量基准:
(1)绝对压强:是以完全真空为零点计算的 压强,用PA表示。
(2)相对压强:是以大气压强为零点计算的 压强,用P表示。
相对压强与绝对压强的关系为: P=PA-Pa (1-9)
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第三节 流体运动的基本知识
水力学基本方程式。式中γ和p0都是常数。
方程表示静水压强与水深成正比的直线分布 规律。方程式还表明,作用于液面上的表面 压强p0是等值地传递到静止液体中每一点上。 方程也适用于静止气体压强的计算,只是式 中的气体容重很小,因此,在高差h不大的 情况下,可忽略项,则p=p0。例如研究气 体作用在锅炉壁上的静压强时,可以认为气 体空间各点的静压强相等。
表面压强为: p=△p/△ω (1-6)
点压强为: lim p=dp/dω ( Pa) 点压强就是静压强
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流体静压强的两个特征:
(1)流体静压强的方向必定沿着作用面的 内法线方向。
(2)任意点的流体静压强只有一个值,它 不因作用面方位的改变而改变。
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二、流体静压强的分布规律
一、流体运动的基本概念
(一)压力流与无压流 1.压力流:流体在压差作用下流动时,流体 整个周围都和固体壁相接触,没有自由表 面。 2.无压流:液体在重力作用下流动时,液体 的部分周界与固体壁相接触,部分周界与 气体接触,形成自由表面。
流体力学第6章 水波理论ppt课件

工程流膂力学
6.1 二维动摇的数学表达
6.1.1 动摇方程
将坐标原点取于静止水面上,沿波传播方向程度轴
为 x 轴,z 轴为铅垂向上,静水外表 z 0 ,在数学中,
二维的动摇方程普通方式是
zf(xc)t
假设zf (x) 是一正弦曲线〔或者余弦曲线〕,那么 称之为简谐前进波〔简称谐波〕
工程流膂力学
2π
2π kc
kc
T
dx c
dt
波速与波长的关系如图6.3所示。
c gd
深水波
c=
gλ
2π
浅水波 c= gd
1 gd 2
0 2d 4d 6d 8d 10d 12d 14d λ 图6.3 波速与波长的关系
工程流膂力学
3.质点运动速度
uxAc0gekzcosk(xct)A0ekzcoskxt wzAc0gekzsink(xct)A0ekzsinkxt
工程流膂力学
将质点速度代入迹线微分方程并积分,得轨迹方程
A0co(sxh s ikn(xhz0k0)d2d)2A0si(nzhs ikn(zhz0k0)d2 d)2 1
显然这是一个椭圆方程,阐明在波浪运动中,水质点的
运为波动长,轨半由迹 轴 于k是 ,dA以0 sin平hsikn衡,(hzk0d位那d置么) 为长短x、0 ,半z短0轴 半为的轴中椭均心圆趋,。向以对于AA于00 ecko无zs0hsikn限(hz,k0水d所d深)以
相境对条于件引波 线进长 性微化幅,波为从假小而定量在。,求所或解谓A上微0 较幅 1为波,简,它单是使。指得动自摇在的外振表幅上A边0
对于微幅波可作如下三个假设:
1
(1)质点运动速度很小,2
流体力学ppt

流体力学ppt
流体力学专业为力学一级学科下的二级学科之一,培养工学及理学硕士研究生。
流体力学是一门基础性很强和应用性很广的学科,它的研究对象随着生产的需要与科学的发展在不断的更新,深化和扩大。
60年代以前,它主要围绕航空,航天,大气,海洋,航运,水利和各种管路等方面,研究流体运动中的动量传递问题,即局限于研究流体的运动规律,和它与固体,液体或大气界面之间的相互作用力问题。
50年代以后,能源,环境保护,化工和石油等领域中的流体力学问题,逐渐受到重视。
这类问题的特征是:尺度小,速度低,并在流体运动过程中还伴随有传热,传质现象。
近年来,流体的对流传热,传质问题受到高度重视,并获得巨大发展。
这样,流体力学的研究对象从流体的动量传递扩散到它的热量和质量传递,也就是说,除了研究流体的运动规律以外,还要研究它的传热,传质规律。
同样地,在固体,液体或气体界面处,不仅研究相互之间的作用力,而且还需要研究它们之间的传热,传质规律。
本学科培养德、智、体全面发展,在流体力学领域内具有坚实的理论基础、系统的专业知识和较熟练的实验技能,了解流体力学、生物工程力学领域发展前沿和动态,具有独立开展本学科科学研究工作能力的高层次专门人才。
学位获得者应能承担高等院校、科研院所以及高
科技企业的教学、科研及开发管理等工作。
四、就业前景
流体力学相对来说是算是比较冷门的专业。
因为该专业的针对性比较强,就业时有比较大的局限性,无论你是那个学校的学流体力学的,就业的时候多多少少都会受到限制。
毕业生可以到政府、建筑开发、施工、管理等部门或设计、科研单位从事设计、施工、管理、研究等相关工作。
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dVh dt
1
p
f
k Vh
We saw that the acceleration term is relatively small. Omitting it, we get a diagnostic relationship called geostrophic balance:
1
p
f
k Vh
to the solid surface continuously decreases towards downstream. But
away from the flat plate the speed is equal to the free stream value
of . Consequently a velocity gradient is set up in the fluid in a
(2.) Theory for solutions and mechanisms: • inviscid shallow-water theory无粘旋转流体的浅水理论 • friction and viscous flow,摩擦和粘性流 • wind-driven oceanic circulation,海洋风生环流
dv / dt 1t, the velocity (u, v) is independent of depth, z.
Examining the equations for u and v, we note that the
accelerations do not vary with depth z. (du/dz=dv/dz=0)
speed
. As soon as the flow 'hits' the plate No Slip Conditions
gets into action. As a result, the velocity on the body becomes zero.
Since the effect of viscosity is to resist fluid motion, the velocity close
• Objectives: to understand the common character of large scale atmospheric dynamics and oceanic dynamics.大尺度 大气和海洋动力学的共性特征.
• Major Contents:
(1.) Dynamic behavior of geophysical fluid under conditions of gravitation, rotation, stratification层结, viscosity and heating粘性和加热;
direction normal to flow. Thus a layer establishes itself close to the
wall with a velocity gradient. This is what we call the Boundary 9
Layer.
Planetary boundary layer 行星边界层
8
Boundary Layer
Figure : Formation of a Boundary Layer
Let us now follow the effects as a flow approaches a flat plate,
Consider a uniform (inviscid) flow in front of a flat plate at a
0
Vh
1
f
k p
矢量形式
fv 1 p
0 x
1 p fu
0 y
分量形式
地转流
在远离边界层,赤道及极地的地方,大尺度流动以准水平 (w0=0), 静力平衡的地转流(压强梯度力与科氏力平衡)为主要特征
k p
vg f
地转流在北半球(f>0) 和南半球 (f<0), 高压中心附近沿等压线 呈顺和逆时针运动;在低压中心附近则相反
浅水模型中
• 粘性,斜压性和涡管的倾斜机制均不存在,所以 改变涡度的唯一机制是涡管的伸缩效应,或水平 辐散/辐合效应
da
dt
( a )V
a V
p ( 1
2
ij )
d [z f ] 0 absolute vorticity
dt H
fluid depth
4
地转流 Geostropic flow, 当大尺度时Ro<<1
Shallow water model 浅水模型
水平运动(u, v)与高度z无关
准水平 u v 0 z z
For equation of horizontal velocity (u, v, 0)
1
dVh
/
dt
h p 2 V h
du / dt 1 p
fv
x
V h (u , v,0 )
H
L
Eq
H
L
Chapter 6 Ekman flows
• Near wall surfaces
• Near free surfaces
Ekman模型 (考虑粘性和湍流的情况 viscosity and turbulence effect) (~Ekman flows/layers)
6.1 量层constant fluxes layer ):是大气边界层最接 近地表面的部分。厚度为100米左右,该层内湍流黏性力为主导力。风速与高 度同增。湍流动量通量(湍流切应力)、热通量和水汽通量近似不随高度变化的 气层。按照稳定度性质区分为不稳定近地面层、中性近地面层和稳定近地面 层。厚度在十米至百米左右,不稳定或地面粗糙度大的情形下厚度较大,稳 定或地面粗糙度小的时候较浅薄。近地面层中温度、湿度、风速等气象。要 素随高度的变化很大,湍流运动对该层的性质起着决定性的作用,进而又决 定了整个大气边界层的特征。近地面层是人类和生物直接接触的气层和大气 污染影响最主要的表现场所。