Quá trình Phát tán vật chất trong các cửa sông và vùng nước ven bờ ( ĐH khoa học tự nhiên ) - Chương 5

Quá trình phát tán trượt5.1 Khái niệm Cơ bản Trong Chương 1 đưa ra những yêu cầu cơ bản cho việc đánh giá nồng độ chất tại một thời gian cho trước để biết được phân bố vận tốc dòng chảy và mức độ phát tán. Yếu tố phát tán thực chất là mức độ tăng thể tích bị chiếm chỗ bởi một khối lượng đã cho của chất. Trong Chương 4 đã chỉ ra rằng, vì phân bố nồng độ không đồng nhất, thể tích này được mô tả dưới dạng những biến thiên của phân bố nồng...
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 5 Ch¬ng 5. Qu¸ tr×nh ph¸t t¸n trît5.1 Kh¸i niÖm C¬ b¶n Trong Ch¬ng 1 ®a ra nh÷ng yªu cÇu c¬ b¶n cho viÖc ®¸nh gi¸ nång ®é chÊt t¹imét thêi gian cho tríc ®Ó biÕt ®îc ph©n bè vËn tèc dßng ch¶y vµ møc ®é ph¸t t¸n. YÕutè ph¸t t¸n thùc chÊt lµ møc ®é t¨ng thÓ tÝch bÞ chiÕm chç bëi mét khèi lîng ®· cho cñachÊt. Trong Ch¬ng 4 ®· chØ ra r»ng, v× ph©n bè nång ®é kh«ng ®ång nhÊt, thÓ tÝch nµy®îc m« t¶ díi d¹ng nh÷ng biÕn thiªn cña ph©n bè nång ®é trong ba híng täa ®é. NhvËy møc t¨ng thÓ tÝch phô thuéc vµo møc thay ®æi c¸c biÕn theo thêi gian, vµ nh ®· thÊytrong ph¬ng tr×nh (4.16), møc t¨ng biÕn thiªn trong mét híng täa ®é ®· cho liªn quan®Õn hÖ sè x¸o trén K theo híng ®ã. Nh vËy, viÖc ®¸nh gi¸ møc gi¶m nång ®é cña chÊttrong m«i trêng biÓn phô thuéc vµo viÖc x¸c ®Þnh ®é lín cña nh÷ng gi¸ trÞ K däc vµngang víi dßng ch¶y, vµ híng th¼ng xuèng tõ mÆt níc ®Õn ®¸y. Trong Ch¬ng 1 (môc 1.3) thùc hiÖn mét ph©n biÖt gi÷a thay ®æi nång ®é cña métphÇn tö chÊt hoµ tan bëi t¸c ®éng cña ph¸t t¸n trît thay v× khuyÕch t¸n rèi thuÇn tóy.Nhu cÇu ph©n biÖt nh÷ng c¬ chÕ nµy lµ rÊt quan träng, v× nh sÏ thÊy trong Ch¬ng 8,nh÷ng hÖ sè ph¸t t¸n cã thÓ lín h¬n nh÷ng hÖ sè khuyÕch t¸n rÊt nhiÒu trong m«i trêngbiÓn díi nh÷ng ®iÒu kiÖn ®Æc trng cña dßng ch¶y. Mét khi trît vËn tèc g©y ra hiÖuøng ph¸t t¸n cã thÓ biÕn ®éng, nh÷ng nghiªn cøu thùc nghiÖm vµ lý thuyÕt t×m c¸ch ph©nt¸ch ¶nh hëng trît tõ t¸c ®éng cña rèi khi ph¸t sinh pha lo·ng. §iÒu nµy cho phÐp®¸nh gi¸ ®é lín ph¸t t¸n trît ®èi víi nh÷ng biÕn ®æi kh«ng gian ®Æc trng trong trêngvËn tèc. Ch¬ng nµy lÇn theo sù ph¸t triÓn nh÷ng nhËn ®Þnh lý thuyÕt nµy vµ thÓ hiÖnc¸c sù trît vËn tèc kh¸c nhau tiªu biÓu cho c¸c cöa s«ng vµ níc ven bê sÏ ¶nh hëng®Õn møc ®é ph¸t t¸n nh thÕ nµo. Sù ph¸t triÓn lý thuyÕt nguyªn b¶n cña kh¸i niÖm ph¸t t¸n trît lµ do GeoffreyIngram Taylor (h×nh 5.1) ®a ra. ¤ng sinh ra trong mét gia ®×nh tµi n¨ng vµ thó vÞ cãnguån gèc tõ thµnh phè Lincoln, níc Anh. ¤ng cña Taylor lµ George Boole, tõng cã métsù nghiÖp ®¸ng nÓ, tõ mét ngêi thî ë Lincoln trë thµnh gi¸o s to¸n häc t¹i QueensCollege, Cork, Ireland. George Boole ®· ph¸t triÓn nh÷ng nguyªn lý cña L«gic Boole, ®·trë nªn c¬ b¶n ®èi víi thiÕt kÕ m¸y tÝnh. Taylor dµnh hÇu hÕt sù nghiÖp cña m×nh t¹iTrêng ®¹i häc Cambridge vµ h¬n 60 n¨m «ng lµ t¸c gi¶ cña mét sè c«ng bè nguyªn b¶n,nhiÒu trong sè ®ã cã tÇm quan träng ®¸ng kÓ ®èi víi khoa häc vÒ c¬ chÊt láng. Ngoµinh÷ng kh¶ n¨ng to¸n häc, Taylor cã mét ®Çu ãc rÊt thùc tÕ vµ «ng ®îc mêi lµm cè vÊn vÒvÊn ®Ò neo ®Ëu nh÷ng thñy phi c¬ trong c¸c cöa s«ng. ¤ng ®Ò xíng mét thiÕt kÕ mangtÝnh c¸ch m¹ng cho lo¹i má neo cã h×nh d¹ng gièng nh mét ®«i lìi cµy ®èi xøng c¾m s©uvµo trong ®¸y biÓn. Nh÷ng má neo dùa vµo c¸ch nµy lµ t¬ng ®èi nhÑ, nhng thiÕt kÕ 139nguyªn b¶n hiÖu qu¶ nµy ®îc sö dông cho nh÷ng tµu nhá, nh÷ng du thuyÒn vµ thuû phic¬ cho ®Õn ngµy nay. H×nh 5.1 Geoffrey Ingram Taylor (ë tuæi 33). (¶nh cña J. Russell vµ c¸c con, London) Vµo ®Çu nh÷ng n¨m 1950 Taylor ®îc mét ®ång nghiÖp t¹i Trêng ®¹i häcCambridge mêi lµm cè vÊn vÒ vÊn ®Ò pha lo·ng chÊt ma tuý trong hÖ thèng tuÇn hoµnm¸u cña con ngêi. §iÒu nµy dÉn d¾t Taylor ®Õn thùc nghiÖm vÒ sù x¸o trén nh÷ng chÊtláng ch¶y trong èng vµ nhËn thøc ®îc tÇm quan träng cña ph¸t t¸n trît nh mét c¬ chÕ®èi víi sù pha lo·ng mét chÊt hoµ tan. Nh÷ng luËn ®iÓm c¬ b¶n cña Taylor (1953, 1954)®· n¶y sinh tõ viÖc øng dông kh¸i niÖm ph¸t t¸n cho c¸c nghiªn cøu lý thuyÕt dßng ch¶ytrong lßng dÉn hë (Elder, 1959) vµ níc ven bê (Bowles vµ nnk., 1958). Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ ph¸t t¸n trît ®îc minh häa trong h×nh 5.2. Mét cét chÊt chØthÞ th¼ng ®øng ®îc gi¶ thiÕt lóc ®Çu x¸o trén ®ång nhÊt theo ®é s©u vµ bÒ réng cña lßngdÉn ®ang ch¶y (h×nh 5.2 (a)). XÐt mét tr¹ng th¸i lý tëng, trong ®ã søc c¶n t¹i ®¸y lßngdÉn gi¶ thiÕt ph¸t sinh mét biÕn ®æi vËn tèc tuyÕn tÝnh theo ®é s©u chø kh«ng ph¶i lµd¹ng l«garit hoÆc t¬ng tù. Trît vËn tèc nµy lµm cho cét chÊt chØ thÞ nghiªng ®i bëi v×theo thêi gian ®é dÞch chuyÓn t¹i mÆt níc lín h¬n t¹i ®¸y (h×nh 5.2 (b)). X¸o trén th¼ng®øng cña chÊt chØ thÞ víi níc ë trªn vµ ë díi t¹o nªn sù h×nh thµnh mét cét x¸o trénmíi réng h¬n cét ban ®Çu (h×nh 5.1 (c)), thÓ hiÖn r»ng cã mét qu¸ tr×nh ®· pha lo·ng chÊt 140chØ thÞ. Mét sù pha lo·ng t¬ng tù cña cét cã thÓ ph¸t sinh bëi x¸o trén däc do c¸c xo¸yrèi. Tuy nhiªn, kh«ng cã x¸o trén däc nµo cÇn thiÕt ®Ó më réng cét; nã lµ kÕt qu¶ trän vÑncña t¸c ®éng kÕt hîp x¸o trén th¼ng ®øng vµ trît vËn tèc. Trªn thùc tÕ sù trît lµm t¨ngdiÖn tÝch mÆt níc mµ qua ®ã x¸o trén cã thÓ x¶y ra bëi c¸c xo¸y r ...