Баротропная жидкость
В гидродинамике баротропная жидкость — это жидкость, плотность которой зависит только от давления. [1] Баротропная жидкость — полезная модель поведения жидкости в самых разных научных областях, от метеорологии до астрофизики.
Плотность большинства жидкостей почти постоянна ( изопикническая ), поэтому можно утверждать, что их плотность слабо меняется в зависимости от давления и температуры. Воду, температура и соленость которой меняются всего на несколько процентов, можно назвать баротропной. В общем, воздух не баротропен, поскольку является функцией температуры и давления; но при определенных обстоятельствах предположение о баротропности может оказаться полезным.
В астрофизике баротропные жидкости важны при изучении недр звезд или межзвездной среды. Одним из распространенных классов баротропных моделей, используемых в астрофизике, является политропная жидкость . Обычно баротропное предположение не очень реалистично.
В метеорологии баротропная атмосфера — это атмосфера, для которой плотность воздуха зависит только от давления, в результате чего изобарические поверхности (поверхности постоянного давления) также являются поверхностями постоянной плотности. Такие изобарические поверхности также будут изотермическими поверхностями, следовательно (из уравнения теплового ветра ) геострофический ветер не будет меняться с глубиной. Следовательно, движение вращающейся баротропной воздушной массы сильно ограничено. Тропики более близки к баротропам, чем средние широты, потому что температура в тропиках более однородна по горизонтали.
Баротропный поток является обобщением баротропной атмосферы. Это поток, в котором давление является функцией только плотности и наоборот. Другими словами, это поток, в котором изобарические поверхности являются изопикническими поверхностями и наоборот. Можно иметь баротропное течение небаротропной жидкости, но баротропная жидкость всегда будет следовать за баротропным потоком. Примеры включают баротропные слои океанов, изотермический идеальный газ или изоэнтропический идеальный газ.
Жидкость, которая не является баротропной, является бароклинной , т. е. давление — не единственный фактор, определяющий плотность. Для баротропной жидкости или баротропного потока (например, баротропной атмосферы) бароклинный вектор равен нулю.
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ Позор, Ирвинг Х. (1962). Механика жидкостей . МакГроу-Хилл. п. 159. LCCN 61018731 . Проверено 8 ноября 2012 г.
Если выражается как функция только, то есть, , в уравнении 5-66 интегрируемо. Жидкости, обладающие такой характеристикой, называются баротропными жидкостями .
- Джеймс Р. Холтон, Введение в динамическую метеорологию , ISBN 0-12-354355-X , 3-е издание, стр. 77.
- Марсель Лесье, «Турбулентность в жидкостях: стохастическое и численное моделирование», ISBN 0-7923-0645-7 , 2е.
- Дэвид Триттон , «Физическая гидродинамика», ISBN 0-19-854493-6 .