縱向離散

縱向離散是指降維問題中，在流體流動的縱向（流線方向）上由於時均流速沿橫向或垂向分布的不均勻性，而引起流體中含有物質的縱向分散，或稱縱向彌散。

基本介紹

• 中文名：縱向離散
• 外文名：longitudinal dispersion
• 學科：水利工程
• 領域：工程技術

簡介

縱向離散是指降維問題中，在流體流動的縱向（流線方向）上由於時均流速沿橫向或垂向分布的不均勻性，而引起流體中含有物質的縱向分散，或稱縱向彌散。

示意圖

如《縱向離散示意圖》所示：

縱向離散示意圖

具體方法

嚴格地說，一切實際流動皆為三維流動，描述流體中含有物質濃度時空變化或含有物質輸運的微分方程是三維對流擴散方程。但是三維問題的求解往往很困難，而在適當的條件下。可把三維問題簡化為一維或二維問題。對一維問題用斷面平均值表述，對水深平均二維問題用垂線平均值表述。在以平均值表述的降維問題里，需要計及縱向時均流速在斷面上或垂向上分布不均勻而導致含有物質隨流散開的作用，即縱向離散。

發展歷史

關於縱向離散的研究源於1953年英國流體力學家泰勒對圓管層流的分析，分析表明縱向流速的橫向分布影響含有物質的縱向分散，且由此形成的縱向分散與縱向濃度梯度成正比。翌年他又將其推廣到圓管紊流，並得出一維縱向離散係數。1959年Elder運用泰勒方法分析了寬淺矩形斷面明渠中的恆定紊流，得出縱向離散係數。泰勒的方法現已被推廣套用於各種環境流動中。

套用

由於縱向流速的橫向分布直接關係到想縱向離散係數的取值，而天然河道的平面形態、斷面形狀、障礙物及覆蓋物情況等複雜多變，引起流動情況及斷面流速分布複雜多變，前人對不同河道通過現場觀測得到的縱向離散係數變化範圍大，如河道中還有潮汐作用等非恆定流因素的影響，則使得縱向離散分析變得更為困難。為估計縱向離散係數，工程實踐上常用的方法有參考類似條件的一些經驗公式或進行現場試驗觀測再作計算分析。