Đối lưu

Đối lưu( たいりゅう,Anh ngữ:convection) とは,Lưu thểにおいてÔn độやBiểu diện trương lựcなどが nguyên nhân により bất quân chất tính が sinh ずるため, その nội bộ で trọng lực によって dẫn き khởi こされる lưu động が sinh ずる hiện tượng である.

Địa cầuのĐại khíにおいては, đại khí の duyên trực phương hướng の vận động は cao độ 0キロメートルから ước 11 キロメートルの tằng に hạn られ, この lĩnh vực をĐối lưu quyểnと hô ぶ. また địa cầu やHoặc tinhの nội bộ では, đối lưu により nội bộ の nhiệt nguyên から địa biểu diện への nhiệt thâu tống が sinh じており, địa biểu diện の変 động を dẫn き khởi こす nguyên nhân となっている.

Cận niên, kế toán cơ の tính năng が hướng thượng し, lưu thể のVận động phương trình thức(ナビエ-ストークスの thức) を cao tinh độ に kế toán することが khả năng となったため, コンピュータを dụng いたシミュレーションによる đối lưu hiện tượng の nghiên cứu が thịnh んに hành われており,Công họcĐích な kỹ thuật としても trọng yếu な phân dã である. またHoặc tinhNội bộ の đối lưu など, thật nghiệm ・ quan trắc が bất khả năng な lĩnh vực における lưu thể の cử động を lý luận đích に giải minh する nghiên cứu も hành われている.

Duyên trực đối lưu

Thượng tằng ほど mật độ の đại きな lưu thể が tĩnh lực học đích bất an định となり, lưu thể の vận động が sinh ずる đối lưu を duyên trực đối lưu と hô ぶ. Ôn độ による lưu thể の mật độ の変 hóa が nguyên nhân となるNhiệt đối lưuが tối も nhất bàn đích な lệ である.

Nhiệt đối lưu の thể hệ đích な nghiên cứu は,1900 niênにフランスのアンリ・ベナール(フランス ngữ bản)による thật nghiệm から thủy まった.パラフィン,Kình du などの niêm tính の cao い lưu thể tằng の hạ diện を nhất dạng に gia nhiệt すると, gia nhiệt された lưu thể はPhù lựcにより thượng thăng するため, lưu thể nội bộ に bán định thường đích なTế bàoTrạng の mô dạng ( đối lưu セル ) が hình thành されることがある. Tế bào の trung tâm phó cận では thượng thăng lưu, cảnh giới phó cận では hạ hàng lưu になっている. これをベナール・セルと hô ぶ.1916 niênにレーリー khanh は, その lý luận đích な giải tích を hành った. そのことから tế bào trạng のパターンが sinh ずる nhiệt đối lưu をレーリー＝ベナール hình đối lưuと hô ぶ.

ブジネスク cận tự(Nhiệt bành trươngによるMật độ変 hóa に bỉ べて, bành trương áp súc による mật độ 変 hóa が vô thị できる lưu thể ) が thành り lập つ lưu thể におけるレーリー＝ベナール hình đối lưu は, thật tế の lưu thể の hậu さには trực tiếp quan hệ vô く,レーリー sổ $Ra$ とプラントル sổ $Pr$ と hô ばれる vô thứ nguyên の vật lý lượng によってその hình trạng が quyết まる. Đối lưu が phát sinh する tối tiểu のレーリー sổ をLâm giới レーリー sổと hô び, その trị は ( lưu thể hệ の thượng hạ とも cố định cảnh giới の thời は ) ước 1,708である. それを siêu えると thuận に2 thứ nguyên の viên đồng hình の đối lưu セル, 3 thứ nguyên の quy tắc tính の đối lưu セルへと đối lưu が phát đạt する. レーリー sổ が phi thường に đại きくなると ( lưu thể thượng hạ の ôn độ soa が đại きくなるなど )Loạn lưuに thiên di し, この thời định thường đích なセルは sinh じず không gian スケールがより tiểu さな bất quy tắc な lưu れとなる. またレーリー sổ が đại きい tràng hợp には, lưu thể の lưu れにより duyên trực phương hướng への nhiệt の thâu tống lượng が đại きくなる.

Địa biểu phó cận の đại khí などの mật độ thành tằng ( hạ tằng ほど mật độ が cao くなる trạng thái ), あるいは hồi 転 hệ における lưu thể などでは, đối lưu の trình độ についてそれぞれの hệ に hợp わせた biệt の định nghĩa がされる.Vânの hình thành など đại khí trung の hiện tượng では,Thủy chưng khíの ngưng kết によるTiềm nhiệtの ảnh hưởng が hiện れる.Hoặc tinhなど trung tâm に hướng けて trọng lực tràng を trì つ hồi 転 cầu thể における lưu thể では, hồi 転 trục の chu 囲に, bình hành に viên đồng hệ のセルが tịnh ぶような đối lưu の hình trạng を thủ ることが tri られている.

Địa cầu nội bộ のマントルにおける đối lưu により, địa cầu biểu diện の đại quy mô な変 động ( テクトニクス ) が dẫn き khởi こされるプルームテクトニクスLý luận が đề xướng されている. この tràng hợp のプルームとは, đối lưu セルによって sinh ずる thượng thăng lưu や hạ hàng lưu のことを ý vị する.

Hải dươngNội bộ においても mật độ によって tuần hoàn が sinh じている (Nhiệt diêm tuần hoàn). ただしこの tràng hợp はDiêm phân nùng độの ảnh hưởng が đại きいことから, đối lưu には hàm まないことが đa い.

Thủy bình đối lưu

Lưu thể に thủy bình phương hướng の ôn độ soa が dữ えられた tràng hợp に sinh ずる lưu thể の vận động が thủy bình đối lưu である. Đại khí においては, đại lục と hải dương の ôn độ soa によって sinh ずるQuý tiết phong,Hải ngạn の cận くにおける địa biểu diện と hải diện の ôn độ soa によって sinh ずるHải lục phong,Đô thị bộ の khí ôn が thượng thăng すること (ヒートアイランドHiện tượng ) により đô tâm に xuy き込む phong が sinh ずるGiao ngoại phongなどが thủy bình đối lưu に phân loại される.

Địa cầu đại khí において, vĩ độ によって thái dương phóng xạ の hấp thâu lượng が dị なるために sinh ずる nhiệt đái から cực への thủy bình đối lưu (Đại khí đại tuần hoàn) は, đại きく3つに phân loại でき, nhiệt đái にあるものをハドレー tuần hoàn,Trung vĩ độ にあるものをフェレル tuần hoàn,Cực にあるものをCực tuần hoànと hô ぶ.

マランゴニ đối lưu

マランゴニ đối lưu とは, lưu thể biểu diện のBiểu diện trương lựcが bất quân chất になることが nguyên nhân で lưu thể の lưu れが駆 động される đối lưu のことである. Danh tiền はイタリアの vật lý học giảカルロ・マランゴニ(Anh ngữ bản)にちなむ. マランゴニ đối lưu が khởi きると biểu diện trương lực の đê いほうから cao いほうへ lưu れが sinh じ, chu りの dịch thể の biểu diện trương lực を hạ げるように quảng がっていく. Tối sơ の biểu diện trương lực の変 hóa は chủ にÔn độSoa,Nùng độSoa が nguyên nhân となる. ひとたびマランゴニ đối lưu が phát sinh すると, lưu れにより ôn độ や nùng độ が bất quân chất になるため, ある điều kiện では chuẩn định thường đích な đối lưu が trì 続する.

シリコンなどの bán đạo thể tài liêu を dung dung し, lãnh khước して tái kết tinh させる quá trình でマランゴニ đối lưu が phát sinh するため, quân chất な単 kết tinh を sinh thành することが nan しくなることが tri られている.

マランゴニ đối lưu の giải tích には, thứ のマランゴニ sổMaというVô thứ nguyên lượngが dụng いられる^[1].

Ma=-{\frac {\partial \sigma }{\partial T}}{\frac {\Delta TL}{\mu \kappa }}

ここで

σ: Biểu diện trương lực
T:Ôn độ ( ôn độ soa によるマランゴニ đối lưu の tràng hợp )
ΔT:Đại biểu ôn độ soa
L:Đại biểu trường さ
μ: Niêm tính
κ:Ôn độ 拡 tán suất

である.

Định thường trạng thái では biểu diện trương lực $σ$ の câu phối と lưu れが thứ thức で quan liên phó けられる^[2]:

\mu {\frac {dv_{x}}{dz}}={\frac {d\sigma }{dx}}

ここで $x$ と $z$ はそれぞれ thủy bình phương hướng と duyên trực phương hướng の tọa tiêu, $v x$ は thủy bình phương hướng の lưu tốc である.

Cường chế đối lưu

Lưu thể lực học や vân nhiệt công học の phân dã では thượng ký の đặc に nhiệt đối lưu をTự nhiên đối lưuやTự do đối lưu( natural convection ) と hô び, ブロアやポンプ đẳng の ngoại bộ から dẫn き khởi こされたCường chế đối lưu( forced convection ) と khu biệt することが đa い．

Tham khảo văn hiến

^Joel H. Ferziger; Milovan Perić trứ, tiểu lâm mẫn hùng, cốc khẩu thân hành, bình thương thành 訳『コンピュータによる lưu thể lực học 』シュプリンガー・フェアラーク đông kinh, 2003 niên, 378 hiệt.ISBN 4-431-70842-1.
^Hans-Jürgen Butt, Karlheinz Graf, Michael Kappl; linh mộc tường nhân, thâm vĩ hạo thứ cộng 訳『 giới diện の vật lý と khoa học 』 hoàn thiện xuất bản, 2016 niên, 50 hiệt.ISBN 978-4-621-30079-4.

Quan liên hạng mục

Ngoại bộ リンク

[1] Joel H. Ferziger; Milovan Perić trứ, tiểu lâm mẫn hùng, cốc khẩu thân hành, bình thương thành 訳『コンピュータによる lưu thể lực học 』シュプリンガー・フェアラーク đông kinh, 2003 niên, 378 hiệt.ISBN 4-431-70842-1.

[2] Hans-Jürgen Butt, Karlheinz Graf, Michael Kappl; linh mộc tường nhân, thâm vĩ hạo thứ cộng 訳『 giới diện の vật lý と khoa học 』 hoàn thiện xuất bản, 2016 niên, 50 hiệt.ISBN 978-4-621-30079-4.

[1]

[2]