有效势能耗散是焦耳热的一种形式:它是不可逆的,而非可逆的
大气与海洋物理
2018-07-02 v1
摘要
有效势能(APE)耗散在湍流分层流体混合的描述中起着核心作用。主流范式认为,它将APE转化为背景重力势能,并且如此转化的APE可通过外部浮力通量(如海洋高纬度冷却)无限循环回APE。本文认为这种范式是不物理的,因为其推论是APE耗散既非真正耗散也非不可逆,同时还以更微妙的方式违反能量守恒。本文从第一性原理证明,实际上APE耗散是焦耳热的一种形式,它——如同黏性耗散——只能通过局域膨胀流体微团使增加,这是一种微小效应。因此,无论流动是层流还是湍流,主要都以分层系统的火用(exergy)为代价而增加,火用是背景内能的一个子成分。结果极大澄清了机械驱动与浮力驱动环流的能学。作为一个附带益处,我们的结果给出了一个新的物理原理,解释了为何湍流混合倾向于均质化流体中物质守恒变量,而非使流体弛豫至热力学平衡。
引用
@article{arxiv.1806.11303,
title = {APE dissipation is a form of Joule heating. It is irreversible, not reversible},
author = {Remi Tailleux},
journal= {arXiv preprint arXiv:1806.11303},
year = {2018}
}
备注
10 pages, 4 figures, submitted to JFM Rapids on 29 June 2018