Кіріспе

Бір сұйықтықтың екінші сұйықтық арқылы қозғалатын бағанасы. Гидродинамикада, қаусыр немесе бағана – бір сұйықтықтың екінші сұйықтық арқылы қозғалатын тік денесі. Сұйықтың қозғалысын бірнеше факторлар бақылайды, оның ішінде импульс (инерция), диффузия және жүзу күші (тығыздық айырмашылығы). Таза ағындар мен таза қаусырлар сәйкесінше импульс және жүзу күші әсерлерімен толықтай қозғалатын ағындарды анықтайды. Бұл екі шектің арасындағы ағындар көбінесе мәжбүрленген қаусырлар немесе жүзуші ағындар деп сипатталады. "Жүзу күші оң деп есептеледі", егер басқа күштер немесе бастапқы қозғалыс болмаса, кіретін сұйықтық жоғары көтерілуге бейім. Қаусыр сұйықтығының тығыздығы қоршаған ортадан жоғары болған жағдайларда (яғни, тыныш жағдайда оның табиғи бейімділігі төмен түсу), бірақ ағынның жеткілікті бастапқы импульсы оны белгілі бір қашықтыққа тік көтеруге мүмкіндік берсе, онда ол теріс жүзу күшіне ие деп сипатталады.

Қозғалыс

Әдетте, бұлт көзінен алыстағанда, оның шеттеріндегі қоршаған ортаның сұйықтығының араласуынан кеңейеді. Бұлттың пішіні қоршаған ортадағы ағынға байланысты өзгеруі мүмкін (мысалы, егер жергілікті жел бұлттың бағытымен бірдей болса, бір бағытта ағып жатқан ағын пайда болады). Бұл көбінесе бастапқыда "итеру күшімен басым болған" бұлттың "импульс күшімен басым" болуына алып келеді (осы ауысуды әдетте Ричардсон саны деп аталатын өлшемсіз сан арқылы болжауға болады).

Ағын және анықтау

Тағы бір маңызды құбылыс – бұл қаусырманың ламинарлық ағыны немесе турбуленттік ағыны болуы. Әдетте, қаусырма көзінен алыстаған сайын ламинарлық ағыстан турбуленттік ағысқа өту болады. Бұл құбылысты темекі түтінінің жоғары көтерілуінде анық байқауға болады. Жоғары дәлдік қажет болған жағдайда, есептеу сұйықтық динамикасы (CFD) қаусырмаларды модельдеу үшін қолданылуы мүмкін, бірақ нәтижелер таңдалған турбуленттік модельге өте сезімтал болуы мүмкін. CFD көбінесе ракеталық қаусырмалар үшін қолданылады, онда газ тәрізді құрамдастармен қатар конденсатталған фазалық құрамдастар да болуы мүмкін. Мұндай модельдеулер өте күрделі болуы мүмкін, оларға толық жану және жылулық сәулелену сияқты процестер кіруі мүмкін, және (мысалы) баллистикалық зымырандарды ұшыру жиі ыстық ракеталық қаусырмаларды анықтау арқылы байқалады. Ғарыш кемелерін жобалаушылар кейде сезімтал жүйелерге, мысалы күн батареялары мен жұлдызды бағыттағыштарға қозғалтқыш қаусырмаларының тиюімен немесе ракеталық қозғалтқыштардың ай немесе планета бетіне тиюімен айналысады, бұл жергілікті зақымдануға немесе тіпті планеталық атмосфераға орта мерзімдік өзгерістерге әкелуі мүмкін. Темекі түтінінің ағынында да анық көрінетін тағы бір құбылыс – ағынның алдыңғы жиегі немесе бастапқы қаусырма көбінесе сақина тәрізді айналым (түтін сақинасы) пішіндес болады.

Түрлері

Жерге түскен ластағыштар жер асты суларына сіңіп, жер асты суларының ластануына алып келеді. Сулы қабаттағы ластанған судың түзілген бөлігі қалам деп аталады, ал оның қозғалмалы жиектері қалам фронты деп аталады. Қаламдар сулы қабаттың толық су кеңістігінде судың ластануын анықтау, картаға түсіру және өлшеу үшін қолданылады, ал қалам фронттары ластанудың таралу бағытын және жылдамдығын анықтауға көмектеседі. Қаламдар ауаның ластануын атмосфералық таралу модельдеуде маңызды рөл атқарады. Гари Бриггстің ауа ластануы тақырыбындағы классикалық еңбегі бар. Жылу қаламы – жылу көзінің үстінен көтерілген газдың нәтижесінде пайда болады. Газдың көтерілуі жылулық кеңеюге байланысты, себебі жылу газдың тығыздығы салқындаған газға қарағанда төмен болады.

Қарапайым қаламша модельдеу

Қарапайым модельдеу толық дамыған, турбулентті шұңқырлардың көптеген қасиеттерін зерттеуге мүмкіндік береді. Көптеген классикалық масштабтау аргументтері Брюс Мортон, Г. И. Тейлор және Стюарт Тернердің ықпалды мақаласында сипатталған біріктірілген аналитикалық және зертханалық зерттеуде әзірленді, ал осы және кейінгі жұмыстар Стюарт Тернердің танымал монографиясында сипатталған. Әдетте, қысым градиенті шұңқырдан алыс градиентпен анықталады деп есептеу жеткілікті (бұл жуықтау әдеттегі Буссинеск жуықтауына ұқсас). Шұңқырдың көлденеңінен тығыздық пен жылдамдық таралуы қарапайым Гаусс таралымдарымен модельделеді немесе шұңқыр бойында біркелкі деп қабылданады (сонымен аталатын "топ-хоп" моделі). Шұңқырға қосылатын жылдамдық жергілікті жылдамдыққа пропорционалды. Типик сүйреу коэффициенттері тік ағындар үшін шамамен 0,08, тік, жүгіретін шұңқырлар үшін 0,12 құрайды, ал иілген шұңқырлар үшін бұл көрсеткіш шамамен 0,6-ға тең. Көп жағдайда массаның (қосылуын қоса), импульстің және жүзу күші ағындарының сақталу теңдеулері ағынды толық сипаттау үшін жеткілікті. Жасыратын қарапайым шұңқыр үшін бұл теңдеулер шұңқырдың шамамен 6-15 градусқа дейін тұрақты жарты бұрышпен кеңейетінін болжайды. Сүйреу коэффициентінің мәні қарапайым шұңқыр модельдеріндегі маңызды параметр болып табылады. Шұңқырдың геометриясы, шұңқыр ішіндегі суспензиядағы бөлшектер және фондық айналу сияқты факторлардың сүйреу коэффициентіне қалай әсер ететінін бағалау бойынша зерттеулер жалғасуда.

Гаусс қауырсынды модельдеу

Гаусс қалампасы модельдері бірнеше сұйықтық динамикасы жағдайларында еріген заттардың концентрациясын таратуды есептеу үшін қолданылуы мүмкін, мысалы, түтін шығарушы құрылымнан немесе өзенге шығарылған ластаушы заттан. Гаусс үлестірілімдері Фикк таралуы арқылы құрылады және Гаусс (қоңырау пішіндес) үлестірілімін сақтайды. Бір өлшемді, бір мезгілдегі нүктелік көздің күтілетін концентрациясын есептеу үшін, біз бір өлшемді кеңістікте бір мезгілде шығарылған массаны қарастырамыз. Бұл келесі теңдеуді береді:

мұнда – уақыт және орналасқан жерде шығарылған масса, ал – диффузиялық коэффициент. Бұл теңдеу келесі төрт шартқа негізделген:

Масса бір мезгілде шығарылады. Масса шексіз кеңістікте таралады. Масса тек диффузия арқылы ғана таралады. Диффузия кеңістікте өзгермейді.