Convecção difusiva (DC) ocorre amplamente em processos naturais e aplicações de engenharia, caracterizadas por uma série de escadarias com camadas convectivo homogêneas e interfaces estratificadas. Um procedimento experimental é descrito para simular o processo de evolução da estrutura de escada de DC, incluindo a geração, desenvolvimento e desaparecimento, em um tanque retangular.
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Artigo de método
Evolução das estruturas de escadaria em convecção difusiva
Neste artigo
Resumo
Resumo
Convecção difusiva (DC) ocorre quando o vertical estratificada densidade é controlada por dois opostos gradientes escalares que têm distintamente diferentes difusividades moleculares, e gradientes de escalar os maiores e menores-difusividade tem negativo e positivo contribuições para a distribuição de densidade, respectivamente. O DC ocorre em muitos processos naturais e aplicações de engenharia, por exemplo, a oceanografia, a astrofísica e a metalurgia. Nos oceanos, uma das características mais notáveis da DC é que os perfis verticais de temperatura e salinidade são estrutura de escada, composta por etapas consecutivas com camadas espessas de convecção homogêneas e interfaces relativamente finas e alta-gradiente. As escadarias de DC tem sido observadas em muitos oceanos, especialmente no Ártico e Antártico oceanos e desempenham um papel importante na circulação oceânica e alterações climáticas. No Oceano Ártico, existem escadas de DC toda a bacia e persistentes nos oceanos profundos e superiores. O processo de DC tem um efeito importante na diapycnal de mistura no oceano superior e pode influenciar significativamente o superfície derretimento de gelo. Comparado com as limitações de observações de campo, experiência laboratorial mostra sua vantagem exclusiva para examinar eficazmente os processos dinâmicos e termodinâmicos em DC, porque as condições de contorno e os parâmetros controlados estritamente regulável. Aqui, um protocolo detalhado é descrito para simular o processo de evolução da estrutura de escada DC, incluindo a sua geração, desenvolvimento e desaparecimento, num tanque Retangular preenchido com água salina estratificada. A instalação experimental, processo de evolução, análise de dados e discussão dos resultados são descritos em detalhe.
Introdução
Convecção difusiva dupla (DDC) é um dos mais importantes processos de misturando verticais. Ocorre quando a distribuição de densidade vertical da coluna de água estratificada é controlada por dois ou mais gradientes de componentes escalares de direções opostas, onde os componentes têm distintamente diferentes difusividades molecular1. Amplamente ocorre em Oceanografia2, da atmosfera3, geologia4, astrofísica5, ciência material6, metalurgia7e engenharia arquitetura8. DDC está prese....
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Protocolo
1. funcionamento do tanque
Nota: O experimento é realizado em um tanque retangular. O tanque inclui placas superior e inferior e uma parede lateral. As placas superior e inferior são feitas de cobre com superfícies galvanizadas. Há uma câmara de água dentro da placa superior. Uma almofada de aquecimento elétrico é inserida na placa inferior. A parede lateral é feita de acrílico transparente. O tamanho do tanque é Lx = 257 mm (comprimento), Ly = 65 mm (largura) e Lz = 257 mm (altura). A espessura da parede lateral é de 9,5 mm.
- Limpe as placas de cobre e a parede lateral de Plexiglas cuidadosamente c....
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Resultados
A Figura 1 mostra o esquema da instalação experimental. Seus componentes são descritos no protocolo. As peças principais são mostradas na Figura 1a e o tanque de trabalho detalhado é mostrado na Figura 1b. A Figura 2 mostra as mudanças de temperatura na base (T,b, a curva vermelha) e placas de topo (T,t, a curva preta). É indicado que a temperatura das duas placas são quase o mesmo.......
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Discussão
Neste trabalho um protocolo experimental pormenorizado é descrito para simular as estruturas de escadaria termoalina DC em um tanque retangular. Uma estratificação de densidade linear inicial do fluido de trabalho é construída usando o método de dois-tanque. A placa superior deve é mantida a uma temperatura constante e a de baixo no fluxo de calor constante. O processo de evolução toda da escada DC, incluindo a sua geração, desenvolvimento, aproximação e desaparecimento, são visualizados com a técnica de shadowgraph, e a.......
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Divulgações
Os autores não têm nada para divulgar.
Agradecimentos
Este trabalho foi financiado pelo subsídios chineses NSF (41706033, 91752108 e 41476167), subsídios de Guangdong NSF (2017A030313242 e 2016A030311042) e concessão LTO (LTOZZ1801).
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Tanque | Peça personalizada | ||
| Plexiglas | Peça personalizada | ||
| Almofada | Parte personalizada | ||
| Água | Vários fornecedores | ||
| Mesa óptica | Liansheng Inc. | Multímetro digital | |
| Keithley Inc | Modelo 2700 | ||
| Modelo 125 | |||
| Aquisição de dados multifunções (MDA) | MCC. Inc. | USB-2048 | |
| Estágio de tradução de precisão motorizado (MPTS) | Thorlabs Inc. | LTS300 | |
| Papel | Vários fornecedores | ||
| Lâmpada | Vários fornecedores Filmadora | ||
| Sony Inc. | XDR-XR550 | ||
| doce desgaseificada | Peça personalizada | ||
| Água | Peça personalizada | ||
| Tubo | Vários fornecedores | ||
| Agitador magnético elétrico | Meiyingpu Inc. | MYP2011-100 | |
| Bomba peristáltica | Zhisun Inc. | DDBT-201 | |
| Termostato refrigerado | Polyscience Inc. | Modelo 9702 | |
| macio de plástico | Vários fornecedores | ||
| Fonte de alimentação de corrente contínua | GE Inc. | GPS-3030 | |
| Matlab | MathWorks Inc. | R2012a |
Referências
- Turner, J. S. Buoyancy Effects in Fluids. , Cambridge Univ. Press, N. Y. 367(1973).
- Schmitt, R. W. Double diffusion in oceanography. Annual Review of Fluid Mechanics. 26, 255-285 (1994).
- Turner, J. S., Gustafson, L. B. Fluid motions and compositional gradients produced by crystallization or melting at ver....
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Reimpressões e permissões
