密度驱动流体的深度探讨

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：流体力学中，流体被认为是一个与密度相关的有效的连续介质，密度是其最重要的属性。密度项在描述流体的物理方程中值得特别关注，是因为它的时空变化是密度驱使的流体问题中最基础的问题。同样在诸如纯黏性流体、大气流体、海洋流体、湖泊以及能源技术与天体物理等领域自然界或人类工程系统中，受密度驱动的流体过程起着极其重要的作用。

流体力学中，流体被认为是一个与密度相关的有效的连续介质，密度是其最重要的属性。流体的密度往往不是单一的，在一般情况下，流体是由多种具有不同密度的混合化学物质组成，因此液体密度相当于多种物质的总质量与总体积之间的比值。同时，液体密度还受到温度T（温度上升，密度变大）和压力P的影响（在不考虑压缩性的前提下，压力越大，密度越大）。也就是说，密度是一种由热力学参数所决定的本构关系，是一种状态方程（Dentz等，2006）。密度项在描述流体的物理方程中值得特别关注，是因为它的时空变化是密度驱使的流体问题中最基础的问题。从数学上来讲，这就是流体动量平衡方程中重力项（浮力项）中的变密度问题。在变密度的系统中，有多种物理机制的流体模式，相关的数学模型中都存在着非定解现象，求解时伴随着波动和震荡（Diersch and Kolditz，2002）。

同样在诸如纯黏性流体、大气流体、海洋流体、湖泊以及能源技术与天体物理等领域自然界或人类工程系统中，受密度驱动的流体过程起着极其重要的作用。另外，受密度驱动的流体过程也在地表-地下水文、地球物理、油藏岩石力学、地下核工程和材料等科学领域中广泛存在并得到了普遍应用。典型的应用包括高浓度盐度的污染物溶质运移，矿盐物质中放射性物质的释放，滨海地区由于高强度开采导致的海水入侵（Schelkes，2001；Herbert，1988，Custodio，1987），垃圾填埋场渗沥液的渗漏运移（Simmons等，2002），工业废物处理与地热能源开采系统的设计（Ophori，2004；Yang和Edwards，2000），地球深度地热区的大尺度对流交换，冻土、雪层或岩浆中的对流交换，以及沉积成岩过程和干燥过程等（Taylor等，2001）。

密度驱动流体的深度探讨

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