界面波

界面波也稱內波最低態。發生在兩種不同密度流體界面處的波動。其波振幅在界面處具有最大值,隨著與界面距離增大而以雙曲正弦形式遞減。其傳播速度比表面波波速低得多,若上下兩流體層都較厚時,則兩者之比為兩流體相對密度差之平方根。

基本介紹

  • 中文名:界面波
  • 外文名:Interfacial wave
  • 別稱:內波最低態
  • 發生地點:在兩種不同密度流體界面處
  • 領域:力學
  • 相關名詞:表面波、內波
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名詞介紹

界面波也稱內波最低態。發生在兩種不同密度流體界面處的波動。其波振幅在界面處具有最大值,隨著與界面距離增大而以雙曲正弦形式遞減。其傳播速度比表面波波速低得多,若上下兩流體層都較厚時,則兩者之比為兩流體相對密度差之平方根。

內波理論

在最簡單的情況下,考慮一個兩層流體,其中具有均勻密度的流體的均勻密度ρ1覆蓋著具有均勻密度的流體平板ρ2。 任意地,兩層之間的界面被認為位於z = 0。 上層和下層中的流體被認為是非旋轉的。 因此,每層中的速度由速度勢的梯度給出,
電位本身滿足拉普拉斯方程:
假設域是無界和二維的(在x-z平面中),並且假設波在x中是周期性的,波數為k> 0,則方程 在每層中減少到z中的二階常微分方程。 如果用有界解決方案,每層的速度勢能是
A:波的幅度,w:角頻率。 在得出這種結構時,在需要質量和壓力連續性的界面處已經使用了匹配條件。 這些條件也給出了分散關係:
其中減少的重力g'基於上層和下層之間的密度差:
g地球的重力常數。 注意,通過設定g'= g,色散關係與深水表面波的關係相同。

內波

概念

“內波”從字面上看,就是發生在流體內部的波動。“內波”的產生,應具備兩個條件,一是流體密度穩定分層;二是要有擾動源,兩者缺一不可。內波既出現在大氣當中,也普遍出現在海洋當中。
內波是一種水下波,通常發生在分層介質中,是在海洋內部密度不均勻水層間發生的一種波動。只要海水密度穩定分層,並有擾動源存在,內波就會產生。由於內波的能量比相應的表面波小得多,只需小小的擾動就能引起內波的形成,且這種擾動是普遍存在的。因此,內波像海面波浪一樣廣泛發育於各大洋中,只是其波長、振幅、周期、傳播速度及存在深度有很大的變化。由於內波的存在,在界面上下水質點運動的方向相反,在界面處發生最大速度剪下,可形成速度可高達1. 5m/s以上的內波流,猶如銳利的剪刀,破壞力極大。

區別

內波與表面波雖然都是液體波動,但它們又各不相同。空氣與水的密度相差近千倍,在海面形成的波浪,它的波動最大值在海面,隨著深度增加而減少,到達一定深度就消失了。
海水密度隨著水溫鹽度及壓力的不同,通常由上至下密度逐漸增大,形成穩定連續密度層結,密度梯度一般在O(0.001)的量級。在外力擾動下,就會海水內部產生內波,因此海洋內波是一種非常普遍的現象。
內波的振幅,一般要比表面波高大得多,從幾十米甚至達到上百米;內波的波長,一般有幾百米,甚至萬米以上。這主要是由於海水密度和空氣密度的差異不同引起的。因為同樣的外力,使海水內部產生的波動,要比海面上大很多。這種現象用阿基米德原理是不難解釋的,猶如在水中抬起重物,比由海面抬到空氣中要省力很多。

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