異重流的運動、動力及結構於 1950 年代就開始受到廣泛研究(Benjamin 1968)，
也應用在許多產業和自然現象的解釋(Simpson 1997)。而於模擬真實河道、溝渠等 此類長型側面由邊壁所侷限之渠槽式問題，當中最具代表性之實驗裝置為定界交 換試驗系統(lock–exchange system)(Wood 1970；Britter & Simpson 1978；Armi 1986)；
在實驗方面將於水平方向釋放一有限體積之異重流，過程中除了異重流於初始加 速區段外，可依照其流動行為區分為三大類，依序為等速區段(slumping phase)、
慣性段(inertial phase)、以及黏滯區段(viscous phase)之研究；此外，依閘門兩側所 設置之流體性質，可各自歸納三種類型，分別為Ⅰ.左側均質流體流入右側均質環 境(Shin etal. 2004；Marino 2005；Cantero 2007) Ⅱ.左側層化流體流入右側均質環 境(Huppert & Simpson 1980；Gladstone 2004；Dai 2017) Ⅲ.左側均質流體流入右 側層化環境(Maxworty etal. 2002；Ungrarish etal. 2004；Morris & Bruce 2004)。由 於自然界中，大多環境流體受到溫度或沉積物的影響，密度將呈現線性層化之分布；
故本論文為模擬貼近實際的流況，將討論於不同高度比及層化條件下之均質異重 流進入線性層化環境流體之現象，探討異重流於初始等速區段的福祿數，且藉由實 驗觀察內波震盪於層化流體間與異重流發生的交互作用行為，透析其整體形貌之 演化動態，釐清大氣及海洋中的自然現象。
1.2 文獻回顧
過去具有不同高度比例關係之異重流文獻中，藉由調整閘門左側均質重流體 高度，探討在不同初始密度條件下，運動於均質環境流體的定界交換流研究 (Simpson 1972；Simpson & Britter 1979；Rottman & Simpson 1983)。關於這方面研 究之定界交換水槽設置如圖 1-1 所示，當中 𝜌 下標 𝐶 表示為左側均質重流體，高 度表示為 ℎ、長度為 𝐿0；𝜌 下標 𝐴 表示為右側均質環境流體，水槽總高則為 𝐻。
圖 1-1 均質異重流實驗水槽示意圖。
根據上述實驗設置，統整此類型異重流在給定重流體 𝜌𝐶 之不同高度條件下，
於水平邊界釋放產生瞬間有限重力流體。經初始短暫加速後，其頭部將維持等速前 進之狀態，Rottman 與 Simpson 於 1983 年提出此異重流頭部之初始等速度公式，
定義為 力梯度(horizontal buoyancy gradient)與慣性力兩者將達到平衡，故於此過程異重流 頭部會呈現明顯減速之趨勢，存在著式(1.3)中近似關係(Rottman & Simpson 1983)。
𝑥 ~ 𝑡23 or 𝑉 ~ 𝑡−13 (1.3)
1.4 異重流 𝐯. 𝐬 內波
異重流與內波最為顯著之差異，在於前者有明顯的質量傳輸；後者主要傳輸並 非質量而是能量(Simpson 1997)。內波為層化環境中常見的物理現象，其不會發生 於自由溢面，而是介於兩種以上的層化流體，當存在任何一種能使水分子偏離其重 力平衡位置之外力即有可能產生內波。此外，假設為自由溢面情況，正如在泳池游 泳時，水面將會發展出迅速且帶有規律的漣漪；然而，內波傳遞就如同慢動作，原 因是異重流內部鹽分所含有的重力很小。例如臺灣北部在冬季晴天時常會出現波 形層狀的高積雲、海洋內波波列所造成之海面波痕現象，便可知內波於大氣及海洋 中是經常可見的。舉凡海洋裡許多物理過程，包括海風、日曬、降雨、船隻、密度 垂直結構、內波與海面波浪交互作用、Kelvin-Helmholtz 不穩定、海流與地形之作 用、水中潛體運動等，都能對內波的生成、傳播以及消散造成影響(Thorpe 1975)。
內波發生之原理如圖 1-2 所示，圖中流體密度分布表示為 𝜌(𝑧)，𝑧 為垂直向下 之座標，假設於 𝑧 = 𝑧0 處漂浮一均質物體，其密度表示為 𝜌(𝑧0)。倘若某機制使此 物體垂直上移一段距離，此時物體較周圍流體重，將會開始加速向下墜落；在通過 𝑧 = 𝑧0 時其墜速為最快，於通過後因周圍流體開始變得比物體重，故物體會承受向 上浮力，使下墜運動開始減速，直到向下速度為 0 時抵達最深點，而後轉為向上加 速浮昇，在通過 𝑧 = 𝑧0 處後又轉為減速運動…其軌跡將沿著圖 1-2 中之紅色虛線 呈現上下反覆振盪行為。
圖 1-2 內波震盪原理示意圖。