航道中的持续重力流

利用浅层模型和Navier-Stokes方程的直接数值模拟，结合密度场的平流-扩散模型，从理论上研究了水平通道中由稠密流体的持续恒定源引起的重力驱动运动。流入的稠密流体在密度较小的流体下方形成流动层，该流动层最初填充通道，在本研究中计算了其传播速度；流出口位于通道的末端。在静水压平衡假设下，使用两层浅水模型对运动进行建模，以考虑稠密流体和上覆低密度流体的流动。当流体之间的相对密度差较小（Boussinesq区域）时，使用分析技术求解控制浅层方程。结果表明，多种流场模式是可行的，包括沿洋流长度具有恒定高度的流场模式，并与高度连续和不连续变化的流场模式进行了对比。在任何情况下实现的解决方案类型都取决于源发出的无量纲通量的大小和源弗劳德数。可能会出现两个重要现象：水流可能被阻塞，由此，由于密度差而产生的多余速度是有界的，并且水流高度可能不会超过确定的最大值，而且，稠密流体也有可能完全取代最初在靠近源的膨胀区域中通道中的所有低密度流体。还使用分析技术计算了这些类型运动的开始和随后的演变。对于非Boussinesq流，也会出现相同范围的现象；在这种情况下，对模型的解进行了数值计算。还报道了非定常二维流动的Navier-Stokes方程的直接数值模拟结果，其中通道一端有稠密流体流入，另一端有流出。这些模拟揭示了运动的详细力学，并将体积特性与浅层模型的预测进行了比较，以证明两种建模策略之间的良好一致性。