为什么定义反向空气动力阻力?

Question

当我想到风的阻力,我总是认为摩擦系数,在美元\ mathrm{女士^{1}}$,因为这总方式提出了在高中和本科物理。

但在陆地表面造型,空气动力阻力(基本上,多少的粗糙度表面空气流动放缓下来),反向定义。例如,这个演讲州18页:

• r_a f = $美元($风速、大气稳定,表面粗糙度)美元美元
• r_a美元随风速增大而减小
• r_a增加而增加美元的稳定
• r_a随美元增加表面粗糙度

然后给出了很多例子在美元\ mathrm {sm ^{1}}:美元

海洋表面型ra (s.m ^ 1) 200年草70年作物20 - 50森林5 - 10

对我来说,似乎真的反直觉(“抵抗高草比森林”?)。定义的一些好处是抵抗这种方式,或者这只是一些烦人的历史错误?

Answer 1

部分历史,部分观点,但它不是一个错误。

的摩擦系数强调了影响表面边界层的特性,即。,更大的表面摩擦放缓近地表风。空气动力阻力强调在surface-atmosphere交易所边界层的影响,即。,更大的混合收益率较低的电阻蒸发。注意,蒸发不是平流的抵制。你可以扭转混乱,认为摩擦系数是一个反直觉的术语:如果有更多的摩擦,为什么蒸发增加?这将是使同一类别错误。

历史上(这个)电路由笔者介绍了隐喻和斯科菲尔德(1951)在早期修改笔者蒸散方程占植被如何限制了蒸腾速率。原画家方程往往是引用使用气动电导(或摩擦速度或摩擦系数),即量使用$ m s ^{1} $单位,你习惯。micrometeorologists试图理解这是一个自然选择的湍流边界层的传质性能,因为它可以从边界层计算量测量。

一旦你开始引入其他表面对蒸发的影响不是适当的延长的类比湍流边界层的摩擦速度下植物气孔,根和土壤。所以我们使用电的比喻,在这种情况下略简单描述系统使用电阻而非电导。首先是计算系统的总阻力的情况下通过增加空气动力阻力的气孔阻力:

$ E = \压裂{\ρ}{r_s + r_a} \离开(q_{坐在}- q_a \右)= \压裂{\ρ}{r_t} \离开(q_{坐在}- q_a \右)美元

你可以表达这是电导,但它不是整洁:

$ E = \压裂{g_a g_s \ρ}{g_a + g_s} \离开(q_{坐在}- q_a \右)美元

在后来的幻灯片演示中可以看到你与这些电阻网络已经越来越复杂,所以现在这个整洁点是毫无意义的。

---

笔者和斯科菲尔德(1951)同化和蒸腾的一些物理方面,计算机协会。Soc。擅长。医学杂志。,5,115-129.

Answer 2

这是一个好问题,答案是,空气动力阻力不定义反向。而是,定义在一个上下文通常是误解。

在你的问题,你说空气动力阻力基本上是多少的粗糙度表面空气流动放缓下来。这种说法是不正确的,它似乎源于上下文的误解。

由De Groot专著(1963)还表明,分子转移过程所示的一般形式类似于电路@Deditos的回答:

$ $ =通量\ dfrac{力}{阻力}$ $

这也是对海气界面和其他通用油接口。通量是一个量的转移(动量,焓、质量等)通过接口和相关的边界层(说,空气、水、树冠、土壤,等等)。电路类比,迫使电位梯度的特点,耐逆的导电性。重要的是阻力不空气动力流阻力的接口——我们直观地想象摩擦或压力。事实上,强迫的接口。的势头,这意味着同等的迫使,高电阻收益率低通量。因此,低阻力转化为粗糙表面。这就是为什么森林有阻力值低于草或开放的海洋。

例子:同等的迫使,粗糙表面导致更高的压力比光滑表面。可以说,粗糙表面是“允许”,或“不抵抗”的动量通量。

在电路类比,通量,力和电阻是象征性的,概念性的实体。力不一定是在rm \ N,美元,可能是这样的温度或湿度梯度幻灯片16在表示你联系在一起。因此,电阻可能采取不同的配方。

注意,如今,在建模和理论中,我们经常使用动量交换系数描述美元(C_ {D})美元和焓(C_H $, $ C_E)美元通过界面通量,充当电导率,而不是阻力。例如,在案例的势头:

$ $ \ boldsymbol{\τ}=ρC_ \ D {} | \ mathbf{你}| \ mathbf{你}$ $

在美元\ boldsymbol{\τ}$ $ (\ mathrm {N / m ^{2}})美元是垂直通量水平动量(风应力),美元\ρ$ $ (\ mathrm{公斤/ m ^{3}})是空气密度和美元\ mathbf{你}$ $ (\ mathrm {m / s})是风矢量美元以上参考高度表面。美元C_ {D} $(无因次)有不同的值取决于表面性质。

在那个特定的陈述,你与你的问题,目前尚不清楚我为什么抵抗r_a的单位是美元美元\ mathrm {s \ m ^ {1}} $。明智的和潜热通量美元\ mathrm {(W / m ^ 2)}配方在幻灯片16美元,单位不太成功,但它可能比准确更说明所示的方程。因为体积通量公式通常基于理论、实证和维为由,美元r_{} $可以定义在各种尺寸(单位)根据体积通量公式。

参考:

De Groot, s . r .热力学不可逆过程。北荷兰出版有限公司,1963年版。