[科普中国]-旋涡

简介

旋涡 xuánwō [whirlpool;vortex;eddy]，一作为漩涡。

（1） 谓水流旋转成螺旋形。元·袁桷《播州宣抚杨资德》诗：“教民风偃草，抚俗水旋涡。”

（2） 流体急转所激起的螺旋形。鲁迅《野草·颓败线的颤动》：“空中突然另起了一个很大的波涛，和先前的相撞击，回旋而成旋涡。” 吴运铎《把一切献给党·觉悟》：“浩荡的江水奔到鸡头山下，碰到岩壁上，卷起巨大的旋涡。”

（3） 喻矛盾或事件的中心。瞿秋白《饿乡纪程》四：“‘五四’运动陡然暴发，我于是卷入旋涡。” 茅盾《子夜》二：“此时尚留在大餐室前半间的五六位也被这个突然卷起来的公债旋涡所吸引了。” 老舍《蜕》：“阴城好像是在中国、日本之间的一个小独立国，极聪明的永不卷入旋涡。”

（4） 酒涡。清·二石生《十洲春语》卷上：“初起微笑，则两颐生旋涡。”

漩涡原理先想想水流漩涡是怎么来的。大部分的资料，甚至是物理老师都告诉我们水流漩涡是因为科氏力。因此北半球的漩涡是逆时针旋转，南半球是顺时针。科氏力确实造成了地球上风向的改变，但科氏力会影响水流漩涡吗？如果科氏力会影响水流漩涡，那我们平常打篮球、打撞球时应该也会受科氏力影响，可是好像没有吧！

事实上，水流漩涡只是因为水缸的不平稳或是水中原本就有的扰动造成的。若水一开始有一点点顺时针旋转，当水逐渐漏掉，由于角动量守恒，角速度势必就会增加，我们也就会看到水流漩涡了。假设水缸底部完全水平，水中也完全没有扰动，那么不论是在何处，水都会直接向下流，没有漩涡。

所以说，并没有所谓北半球逆时针流下，南半球是顺时针。这只不过是有人用科氏力解释的产物。不相信的话可以自己找不同的水缸做做实验看看。如果水流漩涡与科氏力有关系的话，那在赤道线上水流漩涡也就没有特定的方向了。

水流漩涡的形成抽水马桶冲水时，水流会产生一个旋涡流下排水空。有理论称，在北半球，水流旋涡是朝逆时针方向的；而在南半球，则是顺时针旋转的。而之所以出现这种现象，是由于地球自转的缘故。在水利工程中，立轴漩涡是一种常见的水力现象。在一定的泄流条件下，电站引水和泄水建筑物的进口均有可能产生立轴漩涡。漩涡的存在，将会恶化进口流态、降低过流能力、减少发电量、加剧水流脉动，甚至破坏水工建筑物和水轮机组。因此，立轴漩涡的研究具有重要的科学意义和广泛的应用前景。

1.通过模型试验对数值模拟的成果进行了验证。通过对漩涡的大小、形状、位置、质点运动轨迹等方面的对比分析，模型试验和数值模拟结果基本吻合，说明数值模拟在一定程度上可以再现模型试验中的漩涡，验证了模拟的可信性。2.进口周围地形对漩涡的影响可通过速度环量这一参数来反映，因此有必要对环量的变化规律进行分析。3.当进水口形式设计不合理，或平面布置不对称时，来流在进水口上方形成一定的初始环量，对于漩涡的产生有着重要的影响。通过数值模拟的方法从胸墙后倾、进水口伸入水库的距离、边墙对进水口的影响和来流与进水口夹角四个方面进行了分析得出：(1)胸墙倾角超过30°时，进水口上方易产生漩涡;(2)进水口伸入水库超过0.5倍管径时进水口上方易产生漩涡;(3)进水口在靠近边墙较小的范围内易受边墙的影响而产生漩涡;(4)进水口上方漩涡强度随来流与进水口间夹角的增大而增强。1

气漩涡的形成准确获取极端天气条件下近岸海域的波浪要素是保障港口与海岸工程设计安全的前提条件，因此研究台风、温带气旋和寒潮等大风过程中波浪的生成与演化具有重要意义。近年来，海浪数值模拟已成为研究近岸波浪的重要手段，而风场数据的合理性直接影响着波浪模拟结果的合理性。另外，近岸海域波浪模拟还需要考虑潮流的影响。为此，本文采用中尺度大气模式WRF来模拟风场以获取高精度风场数据，采用FVCOM二维潮流模式模拟近岸流场，采用SWAN海浪模式模拟波浪场，建立了大气-海洋-海浪模型系统，对台风及温带风暴过程中的近岸波浪进行模拟。论文的主要研究内容和结论如下：

1、通过对比分析，合理确定了台风及温带风暴风况下WRF模式的各种参数，并对两种风况下大气数据同化的效果进行了分析。结果表明数据同化对台风的结果影响较大，对温带风暴过程的结果影响较小。为了使数据同化的效果更明显，需要更多的实测数据来进行同化。

2、将WRF模型计算数据与QSCAT/NCEP混合风场数据及QSCAT/NCEP与台风模型合成风场数据进行了比较，结果表明WRF模型的计算结果明显优于其它两种风场数据，WRF模型计算值较其它数据更接近实测数据，可以比较合理地描述台风和温带风暴大风过程的风速、风向，可为近岸波浪场的模拟提供高精度风速。

3、利用FVCOM二维潮流模式和SWAN海浪模式模拟2007年韦帕台风及2007年3月温带风暴潮流和波浪过程，将模拟结果与实测值进行对比验证，结果表明数值模型能很好地模拟台风和温带风暴过程的潮流和波浪。

4、对台风风场作用下波浪变化规律进行了分析，结果表明在台风旋转风场的作用下波浪的传播方向会发生改变，波向逐渐变为与台风风向一致，并形成旋转的波浪场，但波浪场漩涡的位置相对风场漩涡的位置存在一定的滞后性。

5、对浅水区域潮流对波浪的影响进行了分析，结果验证了近岸区域潮流对波浪作用的显著性，在近岸波浪计算时需要考虑潮流的作用。2