Обзор и анализ исследований тепломассообмена в стратифицированной морской воде
3
ции плотности в окружающей среде при изменении температуры в
вертикальном направлении. Отметим, что стратификация оказывает
существенное влияние на перенос.
Во многих простых геометрических конфигурациях учитывают
влияние скорости окружающей среды. Рассматривают также влияние
выталкивающих сил, вызванных градиентами температуры в мощных
вынужденных течениях, на обтекание погруженной в окружающую
среду поверхности. Такая ситуация возникает, например, в вынуж-
денных внутренних потоках жидкости с градиентами температуры
при ее течении в трубе. Эти процессы, называемые обычно смешан-
ной конвекцией, представляют собой взаимодействие вынужденного
течения с течением, вызванным выталкивающей силой.
Необходимо отметить, что максимальная плотность чистой воды
при давлении 0,1 МПа достигается при температуре около 4 °С и
продолжает сохраняться при больших давлениях и уровнях солено-
сти. Если поле температур в холодной воде охватывает условия, от-
вечающие максимуму плотности, возникает обратная выталкиваю-
щая сила. В случаях, когда обратная сила достаточно велика, образу-
ются локальные течения, оказывающие большое влияние на перенос.
При некоторых условиях происходит полное изменение направления
результирующего течения, т. е. инверсия конвекции. Эти сложные
процессы можно наблюдать при замерзании воды и таянии льда как в
чистой, так и в соленой воде. Например, горизонтальный слой жид-
кости, имеющий большую протяженность, может быть неустойчиво
стратифицирован, т. е. плотность жидкости увеличивается в верти-
кальном направлении снизу вверх, как и в емкости с водой, нагрева-
емой снизу. Тяжелая жидкость будет расположена над более легкой.
Любое местное возмущение может привести к тому, что тяжелая
жидкость начнет опускаться, заставляя легкую жидкость в каком-то
другом месте подниматься. Вязкость будет препятствовать этому
движению. Образующуюся при этом неустойчивость называют тер-
мической неустойчивостью. Неустойчивая стратификация может су-
ществовать в замкнутых объемах воздуха, солнечных коллекторах,
термосифонах, емкостях для хранения жидкостей, технологическом
оборудовании, атмосфере, водных бассейнах. Наиболее важными
условиями ее возникновения являются толщина слоев жидкости или
газа, вязкость и другие параметры, при которых слои становятся не-
устойчивыми к всегда существующим возмущениям.
Следующий интересный вид движения, вызванный выталкиваю-
щей силой, — течение, которое возникает при теплопереносе сквозь
пористое твердое тело, насыщенное жидкостью, например сквозь
грунт или мокрый песок. Разность температур способствует образо-
ванию выталкивающей силы и приводит к циркуляции жидкости
сквозь грунтовые среды. Такие течения возникают также при таянии
льда в воде, геотермических отложениях воды в пористой горной по-
