融化引起的浮动冰块自推进
流体动力学
2025-12-25 v3
摘要
我们表明，具有不对称形状的浮动冰块由于由融化引起的浮力驱动流动而可实现显著速度的自推进。在温度为 C30\,^\circ 的水浴中，实验发现右角冰块会沿着最长倾斜面相反于重力流动的方向移动。我们以倾斜面的长度和角度以及浴液温度为变量，构建了描述实验测得速度的推进模型，该模型包含了冰块融化从周围液体中吸热导致的冷却效应。从冰块融化从周围液体中吸走的热量产生热对流流动，导致动量交换并产生净推进力。通过将推进力与阻力平衡来解释翻译速度。我们进一步表明，冰块在盐水浴中（类似海洋的盐度）也能稳健地移动，并维持与淡水中相同的运动方向。进一步发展了一个简化模型来描述不对称冰块在盐水中的推进，考虑了升起的融水和因冷却而沉降的周围浴水的作用。对于足够大的温度，我们发现冷却引起的沉降流产生的力量大于来自融水上升的力量。因此，净推进力的方向和大小几乎与淡水中观察到的相同。这些发现表明，融化驱动的推进可能与足够温暖的海洋环境中冰山的运动有关。
引用
@article{arxiv.2412.16010,
title = {Self-Propulsion of floating ice blocks caused by melting in water},
author = {Michael Berhanu and Amit Dawadi and Martin Chaigne and Jérôme Jovet and Arshad Kudrolli},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.16010},
year = {2025}
}