Quá trình Phát tán vật chất trong các cửa sông và vùng nước ven bờ ( ĐH khoa học tự nhiên ) - Chương 2

Động lực học chất lỏng - Dòng chảy đồng nhất2.1 Giới thiệu Trong Chương 1, bằng những thuật ngữ đơn giản nhất đã chỉ ra rằng, việc đánh giá nồng độ chất thải trong môi trường biển tại một thời gian cho trước phụ thuộc vào việc biết được phân bố vận tốc dòng chảy và mức độ phát tán. Vì quá trình phát tán cũng phụ thuộc vào sự biến đổi vận tốc trong trường phát tán, điều quan trọng đầu tiên là xác định được cường độ và hướng của dòng chảy. Dòng chảy trong các cửa...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Quá trình Phát tán vật chất trong các cửa sông và vùng nước ven bờ ( ĐH khoa học tự nhiên ) - Chương 2 Ch¬ng 2. §éng lùc häc chÊt láng - Dßng ch¶y ®ång nhÊt2.1 Giíi thiÖu Trong Ch¬ng 1, b»ng nh÷ng thuËt ng÷ ®¬n gi¶n nhÊt ®· chØ ra r»ng, viÖc ®¸nhgi¸ nång ®é chÊt th¶i trong m«i trêng biÓn t¹i mét thêi gian cho tríc phô thuéc vµo viÖcbiÕt ®îc ph©n bè vËn tèc dßng ch¶y vµ møc ®é ph¸t t¸n. V× qu¸ tr×nh ph¸t t¸n còng phôthuéc vµo sù biÕn ®æi vËn tèc trong trêng ph¸t t¸n, ®iÒu quan träng ®Çu tiªn lµ x¸c ®Þnh®îc cêng ®é vµ híng cña dßng ch¶y. Dßng ch¶y trong c¸c cöa s«ng vµ vïng ven bê bÞthñy triÒu chÕ ngù vµ nãi chung, vËn tèc dßng ch¶y t¨ng lªn vµ h¹ xuèng theo chu kú.H¬n n÷a, dßng ch¶y bÞ ¶nh hëng bëi ma s¸t víi ®¸y vµ ®êng bê, c¸c hiÖu øng ph¸t sinhxo¸y cña c¸c vËt c¶n nh c¸c mòi ®Êt vµ c¸c ®¶o, vµ t¸c ®éng tiÕp tuyÕn cña giã trªn mÆtníc. Nh vËy nhiÖm vô ®Þnh lîng nång ®é chÊt ph¶i xÐt ®Õn nhiÒu khÝa c¹nh cã ¶nhhëng ®Õn ph©n bè vËn tèc. §Ó cung cÊp mét c¬ së nh»m hiÓu biÕt sù phøc t¹p vµ sù biÕn thiªn dßng ch¶ytrong c¸c cöa s«ng hoÆc vïng ven bê, ch¬ng nµy giíi h¹n nh÷ng th¶o luËn ban ®©ï ®èivíi dßng ch¶y trong èng hoÆc lßng dÉn, trong ®ã nh÷ng ®iÒu kiÖn ë tr¹ng th¸i xÊp xØ æn®Þnh. Nh÷ng dßng ch¶y nh vËy thÓ hiÖn mét sè ®Æc tÝnh ®· quan tr¾c ®îc trong s«ng vµkªnh, vµ trong c¸c vÝ dô ma s¸t ®ãng vai trß trong viÖc ®iÒu khiÓn chuyÓn ®éng. Nh÷ngkhÝa c¹nh cña ma s¸t ®îc th¶o luËn chi tiÕt h¬n trong ch¬ng nµy vÒ sau, ®Æc biÖt lu ý®Õn tÇm quan träng cña hiÖu øng biªn. Trong môc cuèi ch¬ng th¶o luËn vÒ dßng ch¶y kh«ng æn ®Þnh; trong dßng ch¶ynµy vËn tèc, vµ do ®ã ®é s©u t¹i bÊt kú vÞ trÝ nµo ®Òu thay ®æi theo thêi gian. §iÒu nµy nãilªn ¶nh hëng cña sãng trong viÖc mang n¨ng lîng tõ khu vùc nµy ®Õn khu vùc kh¸ccña dßng ch¶y vµ ph¸t sinh vËn tèc mµ theo ®ã nh÷ng sãng nh vËy cã thÓ lan truyÒn.ThËm chÝ trong mét dßng ch¶y æn ®Þnh sãng cã thÓ h×nh thµnh, vµ víi vËn tèc dßng ch¶yph©n giíi, chuyÓn n¨ng lîng cña chóng thµnh rèi. VËn tèc sãng phô thuéc vµo ®é s©u vµdßng triÒu, vÝ dô cã thÓ lÖch pha so víi sù thay ®æi ®é s©u, do ®ã ¶nh hëng lªn dßng triÒutrung b×nh t¹i mét ®iÓm cè ®Þnh; khÝa c¹nh nµy rÊt quan träng bëi v× c¸c ®o ®¹c dßngch¶y t¹i mét vÞ trÝ cè ®Þnh cã thÓ dÉn ®Õn mét chØ ®Þnh sai l¹c vÒ møc ®é mµ mét chÊt bÞlo¹i ra khái mét khu vùc. Nhng tõ quan ®iÓm ph¸t t¸n, cã mèi quan t©m thùc tÕ lµ b»ngc¸ch nµo n¨ng lîng sãng trë nªn biÕn ®æi thµnh rèi vµ cuèi cïng bÞ tiªu t¸n - ®iÒu nµymét lÇn n÷a dÉn ®Õn vÊn ®Ò ®¸nh gi¸ ma s¸t t¹i nh÷ng biªn víi dßng ch¶y. C¸c quan tr¾cvÒ biÕn ®æi thñy triÒu do søc c¶n ma s¸t sau ®ã ®îc sö dông ®Ó chØ ra nh÷ng hiÖu øngbiÕn d¹ng cña c¸c biÕn ®æi kh«ng gian (híng th¼ng ®øng trong vÝ dô nµy) trong trêngvËn tèc bÞ ¶nh hëng nh thÕ nµo. 382.2 Dßng ch¶y æn ®Þnh 2.2.1 Dßng ®Òu Dßng ch¶y æn ®Þnh ®Òu trong mét lßng dÉn cã hai thµnh ®øng song song, víi ®é dècnhá lµ mét trong nh÷ng t×nh huèng ®¬n gi¶n nhÊt cã thÓ xem xÐt ®Ó minh häa nh÷ng ®ÆctÝnh chuyÓn ®éng cña níc. Mét dßng ch¶y æn ®Þnh lµ kh«ng biÕn ®æi theo thêi gian vµmét dßng ch¶y ®Òu lµ dßng ch¶y trong ®ã vËn tèc kh«ng ®æi tõ chç nµy ®Õn chç kh¸c. Khiníc ch¶y trong lßng dÉn, tæn thÊt vÒ chiÒu cao so víi møc tham chiÕu n»m ngang (tøc lµtæn thÊt thÕ n¨ng) ®îc chuyÓn thµnh vËn tèc (tøc lµ nhËn ®îc ®éng n¨ng). Tuy nhiªn,sù chuyÓn ®æi nµy kh«ng ph¶i lµ hoµn toµn vµ mét Ýt n¨ng lîng bÞ tæn thÊt do ma s¸t t¹inh÷ng biªn cña lßng dÉn. V× ma s¸t t¨ng theo vËn tèc dßng ch¶y, vËn tèc dßng ch¶y bÞkhèng chÕ vµ mét tr¹ng th¸i c©n b»ng ®îc thiÕt lËp, trong ®ã n¨ng lîng truyÒn ®Õndßng ch¶y do tæn thÊt ®é cao c©n b»ng mét c¸ch chÝnh x¸c víi n¨ng lîng sö dông bëi mas¸t, vµ dßng ch¶y æn ®Þnh ph¸t sinh. Khi ®¹t ®Õn tr¹ng th¸i nµy, mÆt níc trë nªn songsong víi ®¸y lßng dÉn. Sù c©n b»ng gi÷a søc c¶n träng lùc lªn khèi níc trong lßng dÉn vµlùc ma s¸t lªn thµnh lßng dÉn cã thÓ sö dông ®Ó ®a ra mét biÓu thøc cho hÖ sè c¶n. §Ó thÓ hiÖn ®iÒu nµy h·y xÐt mét ®o¹n lßng dÉn cã ®é dµi L vµ diÖn tÝch mÆt c¾tngang A, qua ®ã níc ch¶y víi vËn tèc trung b×nh mÆt c¾t ngang u (h×nh 2.1). øng suÊttrît  lªn ®¸y vµ thµnh ít cã thÓ liªn hÖ víi vËn tèc b»ng biÓu thøc   C d u2 (2.1)trong ®ã  lµ mËt ®é cña níc trong lßng dÉn vµ Cd lµ hÖ sè c¶n (môc 2.3.3). BiÓu thøc nµyhîp lý ®èi víi dßng ch¶y, trong ®ã sè Reynolds ®ñ lín ®Ó ma s¸t phô thuéc vµo ®é nh¸mtrªn ®¸y vµ nh÷ng thµnh lßng dÉn, tøc lµ ¶nh hëng ®é nhít cña níc lµ kh«ng ®¸ng kÓ.C©n b»ng gi÷a träng lîng cña níc t¸c ®éng theo ®é dèc vµ søc c¶n ma s¸t däc theo ®¸yvµ nh÷ng thµnh lßng dÉn, b»ng tÝch sè cña  vµ diÖn tÝch ít, cã thÓ biÓu thÞ nh sau ALg sin   C d u2 PL (2.2)víi g lµ gia tèc ...