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图1 潜艇湍流尾迹中的旋流特征
地球旋转引起的科里奥利效应对大尺度流动影响显著,比如使北半球的飓风和洋流微微偏向右侧,使南半球的飓风和洋流微微偏向左侧,用于描述科里奥利效应的无量纲参数Rossby数被定义为惯性力与科里奥利力之比。根据量纲分析理论,Rossby数越大,惯性力的影响越大,科里奥利力的影响越小,科里奥利效应就越不容易被发现。但是最近美国海军研究生院(Naval Postgraduate School)的海洋学教授Timour Radko在研究潜艇的尾迹流时发现,即使在高Rossby数流动中科里奥利效应仍然有明显的作用。
Timour Radko教授的工作主要是研发一种根据潜艇尾迹探测潜艇的系统。在实验中他发现尾迹中扁平、细长的薄饼涡(pancake vortices)可以用旋转控制,继而他发现潜艇尾迹中的正向和反向旋流的解旋速度有明显的不同,如果将与科里奥利效应相一致的旋涡看作正向,则正向旋流维持的时间明显比反向旋流的时间要长,因此他认为即使在潜艇尾迹流中的小尺度旋涡中,科里奥利效应仍然是不能忽略的。而由Rossby数的定义(Ro=U/wL)可知,由于小尺度旋涡的特征长度L很小,因此对应的Rossby数很大,按常理此时的科里奥利效应应该是完全可以忽略的。
这项发现的一个实际应用是,当海面上出现的潜艇尾迹涡中正向旋流和反向旋流的强度差不多时,证明敌人的潜艇刚刚离开这个区域;当海面上出现的潜艇尾迹中正向旋流明显强于反向旋流时,则证明敌人的潜艇已经离开很长时间了。
(本站编译自Physics of Fluids网站)
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