4. stabilność pionowa mas wodnych

Question 1

Wzór na wypadkową siłę ciężkości (pływalność)

Answer 1

f= fw (s. wyporu) + fg (s. ciężkości) = (ρ0-ρ)g

Question 2

Kiedy pływalność jest dodatnia, a kiedy ujemna?

Answer 2

• f > 0 pływalność dodatnia, ρ0>ρ
• f < 0 pływalność ujemna, ρ0<ρ

Question 3

Wzór na parametr Väisälä-Brunta

Answer 3

N² = -gdρ/ρdz

Question 4

Kiedy stabilność mas wodnych jest dodatnia?

Answer 4

• N>0
• gęstość rośnie wraz ze wzrostem głębokości
• dρ/dz<0
• np. fale wew. w morzu

Question 5

Kiedy stabilność mas wodnych jest neutralna?

Answer 5

• N=0
• gęstość nie zmienia się wraz z głębokością
• dρ/dz=0

Question 6

Kiedy stabilność mas wodnych jest ujemna?

Answer 6

• N<0
• gęstość maleje wraz ze wzrostem głębokości
• dρ/dz>0

Question 7

Co powoduje powstanie prądu konwekcyjnego?

Answer 7

niestabilność wód (stabilność ujemna N<0)

Question 8

Rodzaje stratyfikacji pionowej

Answer 8

• bezwzględnie niestabilna (wraz z głębokością: T rośnie, S spada)
• bezwzględnie stabilna (wraz z głębokością: T spada, S rośnie)
• stabilna względnie lub niestabilna (wraz z głębokością: T i S spada LUB T i S rośnie)

Question 9

Jakie współczynniki opisują osie układu kąta Turnera?

Answer 9

• α - współczynnik rozszerzalności cieplnej (y)
• β - współczynnik kontrakcji zasoleniowej (x)

Question 10

Jaki zakres kąta Turnera opisuje obszar niestabilny/stabilny ze względu na zasolenie?

Answer 10

• niestabilny: β ujemny, zatem lewa strona układu
• stabilny: β dodatni, zatem prawa strona układu

Question 11

Jaki zakres kąta Turnera opisuje obszar niestabilny/stabilny ze względu na temperaturę?

Answer 11

• stabilny: α ujemny, zatem dolna połowa układu
• niestabilny: α dodatni, zatem górna połowa układu

Question 12

Jaki zakres kąta Turnera opisuje obszary stabilne, a jaki niestabilne?

Answer 12

• od -90^o (przez 0^o)do 90^o => stabilne
• od -90^o (przez 180^o)do 90^o => niestabilne

Question 13

Od czego zależy współczynnik dyfuzji molekularnej k [m²/s]?

Answer 13

Prędkości dyfundujących cząsteczek, zatem od:
* temperatury,
* budowy ośrodka,
* lepkości ośrodka

Question 14

Charakterystyka dyfuzji turbulentnej

Answer 14

• transport masy, ciepła lub pędu w wyniku turbulencji
• jest prawie niezależna od substancji/składnika (dominuje makroskopowy ruch płynu), dlatego w przeciwieństwie do dyfuzji molekularnej tempo dyfuzji ciepła i domieszek jest
  podobne KT ≈ KS

Question 15

Transport ciepła czy soli jest efektywniejszy dla dyfuzji molekularnej?

Answer 15

ciepła
współczynnik dyfuzji molekularnej ciepła jest znacznie większy od soli

Question 16

Dla jakiego zakresu kąta Turnera powstają obszary “dyfuzyjne”?

Answer 16

-90° < Tu < -45°
dyfuzja różnicowa sprzyja wzrostowi stabilności pionowej, bo dąży do stabilności ze względu na temperaturę

Question 17

Dla jakiego zakresu kąta Turnera powstają obszary „słonych palców”?

Answer 17

45° < Tu < 90°
dyfuzja różnicowa sprzyja mieszaniu, bo jest to obszar powodujący niestabilności ze względu na temp.

Question 18

W jakich wodach powstają “słone palce”?

Answer 18

• Górna warstwa wody ma wysokie T i S
• Dolna warstwa wody ma niskie S i T
• N>0

Question 19

Na czym polegają “słone palce”?

Answer 19

ciepła i słona woda opada strumieniami (w kształcie palców) do wód zimnych i mniej zasolonych, gdzie oddaje ciepło poprzez dyfuzje

Question 20

W jakich wodach powstają obszary “dyfuzyjne”?

Answer 20

Niżej położona, cieplejsza woda dyfunduje ku górze
- w strefie tropikalnej podczas opadów
- w Arktyce w okresie topnienia lodu:

Question 21

Na czym polega wieczna fontanna morska?

Answer 21

Gdyby długa rurka została opuszczona z powierzchni na głębokość wody o niższej S i T niż woda powierzchniowa, to głęboka woda morska byłaby powoli wypompowywana na powierzchnię przez rurę. Kiedy pompa zostałaby odłączona, woda morska nadal płynęłaby sama

Question 22

Co to konwekcja swobodna?

Answer 22

• rodzaj przepływu, w którym ruch płynu nie jest wywołany przez zewnętrzną siłę, lecz przez różnice gęstości
• często jest wywołana różnicą temperatur, ale może też wynikać z innych przyczyn (np. różnice zasolenia wody, lub wilgotności powietrza)

Question 23

Co opisuje liczba Rayleigha?

Answer 23

jest bezwymiarową liczbą, która opisuje związek między siłą wyporu a lepkością w płynie

Question 24

Jak przewodnictwo ciepła jest zależne od liczby Rayleigha?

Answer 24

• Ra < Ra_cr(krytyczna wartość): przewaga sił lepkości → ciepło przekazywane przez przewodnictwo, płyn pozostaje nieruchomy
• Ra > Ra_cr(krytyczna wartość): przewaga sił grawitacji/wyporu → konwekcja, niestabilność Rayleigha–Bénarda

Question 25

Na czym polega konwekcja Rayleigha-Bénarda?

Answer 25

jest rodzajem konwekcji naturalnej, zachodzącej w płaskiej poziomej warstwie płynu ogrzewanej od dołu, w której płyn rozwija regularny wzór komórek konwekcyjnych znanych jako **komórki Bénarda**

Question 26

Jakie są przykłady prądów konwekcyjnych w oceanie i w atmosferze?

Answer 26

- cyrkulacja termohalinowa - cyrkulacja atmosferyczna (komórki Hadley'a, itd.)

Question 27

Kiedy dochodzi do niestabilności Rayleigha-Taylora?

Answer 27

- występuje na styku dwóch warstw cieczy o znacznej różnicy gęstości - jest to dynamiczny proces, w którym oba płyny dążą do zmniejszenia ich połączonej energii potencjalnej

Question 28

Na czym polega ruch laminarny?

Answer 28

uporządkowany przepływ płynu, który zachodzi przy małych prędkościach lub gdy skala ruchu jest mała (np. ruch płynu w kapilarze)

Question 29

Na czym polega ruch turbulentny?

Answer 29

- chaotyczny związany z odrywaniem strug i występowaniem zawirowań - turbulencje są powodowane przez nadmierną energię kinetyczną przepływu, która przezwycięża efekt lepkości płynu - elementy płynu mieszają się ze sobą, co prowadzi do intensyfikacji wymiany masy, pędu i energii