Name: 扩散对流中阶梯结构的演化 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-09-05T15:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 28 s
Description: 探索扩散对流阶梯结构的动态演化过程，包括其生成、发展和消失等关键问题。本实验采用铜板和丙烯酸侧壁构建矩形水槽，利用热敏电阻和阴影成像技术进行观测，为海洋物理研究提供新的参数化方法。

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本工作得到了中国国家自然科学基金（41706033、91752108 和 41476167）、广东省自然科学基金（2017A030313242 和 2016A030311042）以及海洋环境国家重点实验室基金（LTOZZ1801）的资助。

1. 工作罐
注意：实验在矩形水箱中进行。该水箱包含顶板和底板以及侧壁。顶板和底板由铜制成，表面经过电镀处理。顶板内部设有水腔。底板中插入有电加热垫。侧壁由透明有机玻璃（Plexiglas）制成。水箱尺寸为 Lx = 257 mm（长度）、Ly = 65 mm（宽度）和 Lz = 257 mm（高度）。侧壁厚度为 9.5 mm。
<ol>
	<li>用蒸馏水仔细清洁铜板和有机玻璃侧壁。</li>
	<li>用螺丝组装水箱，确保水箱密封不漏水。</li>
	<li>在光学平台上设置一个不锈钢支撑架（高度为150 mm），并将水箱固定在支架上方，中间放置隔热板，以限制工作水箱向平台的热量泄漏。</li>
	<li>在每块板中插入三个热敏电阻（温度稳定性为0.01 °C），并将其连接至数字万用表。注意：这些热敏电阻用于监测顶部和底部板的温度。</li>
	<li>将微型电导率与温度测量仪（MSCTI）放入水箱内，并将其连接至多功能数据采集系统（MDA）。将MSCTI固定在电动精密平移台（MPTS）上。 
	注意：MSCTI可通过垂直移动实现上下运动，从而获取工作流体的温度和盐度剖面。此处，MSCTI的温度稳定性为0.01 °C，盐度稳定性为1%。MPTS的位置精度为0.005 mm。</li>
	<li>在数字万用表和多功能数据采集系统的相应软件程序中设置参数，如采样率、数据采集通道和存储路径。此处，将数字万用表和多功能数据采集系统的采样率分别设置为1.0 Hz和128 Hz。</li>
	<li>在MPTS的软件程序中设置移动参数，包括MSCTI的初始位置、最低和最高位置、移动速度和加速度。此处，将移动速度和加速度分别设置为1 mm/s和0.5 mm/s2，最低和最高位置分别设置为距底板20 mm和220 mm。这将使MPTS完成一次上下测量的时间为404 s。将MSCTI的初始位置设为最低位置。</li>
	<li>使用两台大功率空调（工作功率为3000 W）使室温保持在约24 °C的恒定状态。</li>
</ol>
2. 光学装置
注意：实验过程中，将使用阴影成像技术监测直流阶梯的演化过程，该技术通过以下步骤实现
<ol>
	<li>在水箱外侧贴上一张描图纸（25.7 cm × 25.7 cm）。</li>
	<li>使用窄束LED灯作为光源。将光源放置在水箱另一侧约5 m远处，以产生近似准直的光线。注意，在实验过程中，由于流体密度变化（对应于折射率的变化），直流分层流体结构会在描图纸上显现出来。</li>
	<li>将高速摄像机放置在描图纸的同一侧，距离水箱约1 m，以便记录包含整个水箱尺寸的分层结构。</li>
	<li>设置摄像机的采样频率。注意，采样频率应适当，以捕捉阶梯结构演化的细节。此处摄像机的采样频率设为25 Hz。</li>
	<li>打开光源和摄像机，并轻微调整它们的位置和距离，确保摄像机能捕获清晰的图像。</li>
</ol>
3. 工作流体
<ol>
	<li>在两个水箱中分别制备盐水和淡水。
	<ol>
		<li>通过一根柔性管（长10 cm，内径6 mm，外径10 mm）将两个相同的矩形水箱（水箱A和水箱B）从底部连接。</li>
		<li>将盐水注入A槽，其盐的质量浓度为（即， 盐度在此示例中为 60 g/kg。</li>
		<li>向B槽中加入等体积的脱气淡水，并使用电动磁力搅拌器持续混匀液体。</li>
		<li>保持两个储液罐中初始液体温度与室温相同（24 °C).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>在工作槽中建立线性密度分层。
	<ol>
		<li>使用双槽法29 在工作槽中建立盐水的初始线性分层。</li>
		<li>将储液罐A和储液罐B放置在同一高度，该高度比工作罐高30 cm。用另一根柔性管（长50 cm，内径2 mm，外径5 mm）连接储液罐B和工作罐的底部。由于这两个储液罐之间的液体压力差，储液罐B中的液体可缓慢注入工作罐中。</li>
		<li>使用蠕动泵将流速控制在 0.45 mL/s。注意工作水箱注满水的总时间约为 3 h。根据工作水箱底部的盐度进行计算29 
		<img alt="化学方程式：SB = SA(V/2V₀)；浓度公式；反应平衡。" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="公式 1">              (1) 
		其中 SA，V 和 V0 分别为A罐的盐度、工作罐的最终液体体积以及A罐（或B罐）的初始液体体积。使用底部盐度SB 以及表层的淡水，初始分层的浮力频率 N0 是 
		<img alt="热力学方程中包含重力项和密度梯度项的浮力频率公式。" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="公式 2">              (2) 
		其中 g 为重力加速度，ρ0 是参考密度，β 是盐度收缩系数。注意 N0 在此示例中，计算结果为 1.14 rad/s。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. 运行实验
<ol>
	<li>设置工作水箱的边界条件。
	<ol>
		<li>将顶板的水腔通过八根均匀分布的塑料软管（长度150 cm，内径10 mm，外径15 mm）连接至制冷循环器。注意顶板的温度取决于制冷循环器的设定温度。将顶板温度设置为与室温相同（24 °C）。</li>
		<li>将底板内部的电加热垫连接至直流电源。注意本实验过程中向工作流体提供恒定的热通量，其计算公式为 
		<img alt="流体力学方程，\( F_h = \frac{U^2}{RA} \)，公式示意图。" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq3.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="公式 3">              (3) 
		其中 U、R 和 A 分别为供电电压、电阻和电加热垫的有效面积。本示例中，电阻和有效面积分别为 44.12 ohm 和 1.89×10-2 m2。将供电电压设为 60 V，使总热通量 Fh 达到 4317 W/m2。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>开启摄像机以记录流动模式。</li>
	<li>开启数字万用表和多功能数据采集系统，利用 MSCTI 监测顶板和底板的温度以及流体的温度和盐度。</li>
	<li>开启 MPTS，使 MSCTI 上下移动，以获取工作流体的温度和盐度剖面。</li>
	<li>开启制冷循环器和直流电源，以实现工作流体的顶部和底部边界条件。 
	注意：整个实验过程将经历双扩散阶梯（DC staircase）的生成、发展、合并和消失，持续时间约为5小时。在所有双扩散阶梯完全消失后，依次关闭直流电源、制冷循环器、MPTS、数字万用表、多功能数据采集系统和摄像机。</li>
</ol>
5. 数据处理
<ol>
	<li>阴影图像
	<ol>
		<li>使用 Matlab 程序将摄像机记录的视频转换为连续图像，以进行后续分析。对这些图像进行处理，以突出显示水箱内的流动模式。将数字图像的灰度强度设为 I(x, z)，其中 (x, z) 表示图像左下角为原点的水平和垂直坐标。注意 I(x, z) 在 (0, 1) 范围内变化，对应 256 级灰度。使用背景图像对每幅图像进行归一化处理，公式如下：30 
		<img alt="光强分析方程，显示强度比；适用于光学实验。" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq4.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="方程 4">              (4) 
		其中 <img alt="强度函数 I(x, z) 方程；与光学分析或空间分布研究相关。" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq5.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="公式 5"> 是施加冷却和加热前拍摄的10幅图像的平均强度。 <img alt="静力平衡公式，\(I(x, z)\)；力学分析方程；用于科学研究。" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq6.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="方程 6"> 表示第 i 个的强度th 图像。通过这种方法，可以去除图像中的固定缺陷。为了研究直流（DC）模式的时间演化，每幅图像均可转换为单一的垂直强度波动轮廓， <img alt="静态平衡方程 δI(z) 的数学表达式。" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq7.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="方程 7">，通过计算图像强度波动（即，沿水平方向的强度均方根） <img alt="静态平衡方程 δI(z) 的数学表达式。" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq7.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="方程 7">绘制强度波动曲线图 <img alt="静态平衡方程 δI(z) 的数学公式。" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq7.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="方程 7"> 连续图像随时间增加的演变，以展示直流台阶的变化过程。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>温度和盐度剖面
	<ol>
		<li>注意，在本实验中，工作流体的温度和盐度垂直剖面由上下移动的 MSCTI 测量。根据 MSCTI 的平均移动速度 w、时间 t 和起始时间 t₀，计算 MSCTI 的时间高度 h(t)。0 （对应于最低位置），最低位置 hL 最高位置 hH，如 
		<img alt="时间分辨分析公式：(t-t₀)/tₚ = n+δ；用于连续事件的方程，示意图。" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq8.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="方程 8">              (5) 
		其中 <img alt="静力平衡方程 tₚ=(hₕ−hₗ)/w，用于计算静态稳定性的公式。" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq9.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="公式 9"> MSCTI 从最低（最高）位置移动到最高（最低）位置的时间段，其中 n 和 δ 分别为整数部分和小数部分。然后按如下公式计算时变高度 h(t)： 
		<img alt="小波变换方程；h(t) 公式；数学过程；信号处理" src="/files/ftp_upload/58316/58316eq10.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="方程 10">              (6) 
		注意，在公式（6）中，若 n 为偶数，则 MSCTI 向上移动；否则 MSCTI 向下移动。将时间序列温度 T(t) 和盐度 S(t) 随高度 h(t) 绘制，以获得垂直温度和盐度剖面。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Turner, J. S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aTurner%2C+JS+%22Buoyancy+Effects+in+Fluids%22">Buoyancy Effects in Fluids</a>. , Cambridge Univ. Press, N. Y. 367(1973).</li>
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</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

本文详细描述了一种在矩形水槽中模拟热盐双扩散阶梯结构的实验方案。采用双水箱法构建工作流体的初始线性密度分层，上板保持恒定温度，下板施加恒定热通量。利用阴影法对双扩散阶梯的整个演化过程（包括其生成、发展、合并与消失）进行可视化观测，并通过高精度探针记录温度和盐度的变化。基于这些测量数据，不仅可对阶梯结构的变化进行定性观察，还可对温度、盐度和密度的变化进行定量分析。此外，可对层厚和热通量的变化进行参数化研究。 原位 海洋应用26,27一些具有代表性的实验结果在图中展示并加以讨论。
在步骤 3.2 中，为了建立工作槽中的初始线性密度分层，需将 A 槽、B 槽与工作槽连接。根据连通器原理，A 槽中的液体自动流入 B 槽，且从 B 槽流入工作槽的流速恰好是从 A 槽流入 B 槽流速的两倍，从而可在工作流体中形成垂直方向的线性密度梯度29。在步骤 5.1 中，可根据剖面图中局部光强波动的最大值来确定各界面的位置 ...

双扩散对流（DDC）是最重要的垂向混合过程之一。当层化水柱的垂向密度分布由两种或多种具有显著不同分子扩散率且梯度方向相反的标量组分共同控制时，便会发生双扩散对流1。该现象广泛存在于海洋学2、大气科学3、地质学4、天体物理学5、材料科学6、冶金学7和建筑工程学8中。双扩散对流几乎出现在全球一半的海洋区域，对海洋多尺度过程乃至气候变化均具有重要影响9。
双扩散对流（DDC）主要有两种模式：盐指（SF）和扩散对流（DC）。当温暖且高盐的水体覆盖在较冷、较淡的水体之上时，在层化环境中会发生盐指现象。当温暖且高盐的水体位于寒冷且低盐水体下方时，则会形成扩散对流。扩散对流的一个显著特征是其温度、盐度和密度的垂直剖面呈阶梯状，由交替出现的均匀对流层和薄而强分层的界面组成。扩散对流主要出现在高纬度海洋以及一些内陆盐湖中，例如北冰洋、南大洋、鄂霍次克海、红海和非洲的基伍湖10。在北冰洋中，上层和深层海洋中广泛存在且持久的扩散对流阶梯结构11,12。它对上层海洋的跨等密度面混合具有重要作用，并可能显著影响海冰融化，近年来在海洋学界引起了越来越多的关注13。
双扩散阶梯结构最早于1969年在北冰洋被发现14。此后，Padman &amp;#38; Dillon15、Timmermans et al.11、Sirevaag &amp;#38; Fer16、Zhou &amp;#38; Lu12、Guthrie et al.17、Bebieva &amp;#38; Timmermans18 以及 Shibley et al.19 在北冰洋的不同海盆中测量了双扩散阶梯，包括对流层和界面的垂直与水平尺度、阶梯的深度和总厚度、垂直热输送、中尺度涡旋中的双扩散过程，以及阶梯结构的时空变化。Schmid et al.20 和 Sommer et al.21 利用微结构剖面仪在基伍湖观测到了双扩散阶梯，报道了双扩散的主要结构特征和热通量，并将实测热通量与现有的参数化公式进行了比较。随着计算机处理速度的提升，近年来已开展双扩散的数值模拟研究，例如界面结构与不稳定性、界面热传递、层合并事件等22,23,24。
野外观测极大地增进了海洋学家对海洋双扩散对流（DC）的理解，但其测量受到不确定的海洋流动环境和仪器条件的严重限制。例如，DC界面的垂直尺度极小，在一些湖泊和海洋中厚度不足0.1 m25，需要使用某些特殊的高分辨率仪器。实验室实验在探索DC基本动力学和热力学规律方面展现出独特优势。通过实验室实验，可以观测DC阶梯结构的演化过程，测量温度和盐度，并为海洋应用提出一些参数化方案26,27。此外，在实验室实验中，可控参数和实验条件可根据需要方便地调节。例如，Turner于1965年首次在实验室中模拟出DC阶梯结构，并提出了跨越扩散界面的热量传递参数化方法，该方法此后被频繁更新，并广泛应用于原位（in situ）海洋观测中28。
本文详细描述了一种实验方案，用于模拟在底部加热的层化盐水中双扩散阶梯（DC阶梯）的演化过程，包括其生成、发展和消失。采用微尺度仪器测量温度和盐度，同时利用阴影成像技术对双扩散阶梯进行监测。文中详细阐述了实验装置、演化过程、数据分析以及结果讨论。通过改变初始条件和边界条件，该实验装置和方法还可用于模拟其他海洋现象，例如海洋水平对流、深海热液喷发、表层混合层加深、海底地热对海洋环流的影响等。

<table><tbody><tr><td>矩形水箱</td><td></td><td></td><td>定制部件</td></tr><tr><td>有机玻璃</td><td></td><td></td><td>定制部件</td></tr><tr><td>电加热垫</td><td></td><td></td><td>定制部件</td></tr><tr><td>蒸馏水</td><td></td><td></td><td>多家供应商</td></tr><tr><td>光学平台</td><td>联生公司</td><td>MRT-P/B</td><td></td></tr><tr><td>热敏电阻</td><td></td><td></td><td>定制部件</td></tr><tr><td>数字万用表</td><td>吉时利公司</td><td>型号 2700</td><td></td></tr><tr><td>微型电导率与温度测量仪（MSCTI）</td><td>PME 公司</td><td>型号 125</td><td></td></tr><tr><td>多功能数据采集仪（MDA）</td><td>MCC 公司</td><td>USB-2048</td><td></td></tr><tr><td>电动精密平移台（MPTS）</td><td>索雷博公司</td><td>LTS300</td><td></td></tr><tr><td>描图纸</td><td></td><td></td><td>多家供应商</td></tr><tr><td>LED 灯</td><td></td><td></td><td>多家供应商</td></tr><tr><td>摄像机</td><td>索尼公司</td><td>XDR-XR550</td><td></td></tr><tr><td>脱气淡水</td><td></td><td></td><td>定制部件</td></tr><tr><td>盐水</td><td></td><td></td><td>定制部件</td></tr><tr><td>柔性管</td><td></td><td></td><td>多家供应商</td></tr><tr><td>电磁搅拌器&amp;nbsp;</td><td>美颖普公司</td><td>MYP2011-100</td><td></td></tr><tr><td>蠕动泵</td><td>智舜公司</td><td>DDBT-201</td><td></td></tr><tr><td>制冷循环器</td><td>波西公司</td><td>型号 9702</td><td></td></tr><tr><td>塑料软管</td><td></td><td></td><td>多家供应商</td></tr><tr><td>直流电源</td><td>通用电气公司</td><td>GPS-3030</td><td></td></tr><tr><td>Matlab</td><td>MathWorks 公司</td><td>R2012a</td><td></td></tr></tbody></table>

扩散对流中阶梯状结构的演化

Evolution of Staircase Structures in Diffusive Convection

扩散对流（DC）发生在垂直分层的密度由两个具有显著不同分子扩散率的相反标量梯度控制的情况下，其中扩散率较大的标量梯度对密度分布起负作用，而扩散率较小的标量梯度则起正作用。扩散对流现象广泛存在于许多自然过程和工程应用中，例如海洋学、天体物理学和冶金学。在海洋中，扩散对流最显著的特征之一是垂直温度和盐度剖面呈现出阶梯状结构，由一系列连续的台阶组成，每个台阶包括较厚的均匀对流层和相对较薄且梯度较高的界面层。这种扩散对流阶梯结构已在多个海洋区域被观测到，尤其是在北冰洋和南冰洋，并对海洋环流及气候变化具有重要作用。在北冰洋，上层和深层海洋中均存在覆盖整个海盆且长期持续的扩散对流阶梯结构。扩散对流过程对上层海洋的跨等密度面混合具有重要影响，并可能显著影响表层海冰的融化。与野外观测的局限性相比，实验室实验在有效检验扩散对流中的动力学和热力学过程方面具有独特优势，因为其边界条件和控制参数可以被精确调节。本文详细描述了一种在充满分层盐水的矩形水槽中模拟扩散对流阶梯结构演化过程的实验方案，包括其生成、发展和消失的全过程。文中详细介绍了实验装置、演化过程、数据分析方法以及结果讨论。

图1展示了实验装置的示意图，其各个组成部分在实验方案中有详细描述。图1a显示了主要部件，图1b展示了详细的工作槽结构。图2显示了底部（Tb，红色曲线）和顶部（Tt，黑色曲线）平板的温度变化。可以看出，初始时两个平板的温度几乎与室温（24 °C）相同。在 t = 641 s 时，开始对顶部冷却、底部加热。随后，Tb迅速上升，从 24 °C 升至 57 °C，而 Tt几乎保持不变，直到时间达到 7683 s。在此时间段内，热量向上部流体传递，但尚未到达顶部平板。大约在 t = 8000 s 时，Tb达到最大值 57 °C，Tt开始逐渐上升，表明底部加热已传递至顶部平板。此后，整个槽内完全形成双扩散阶梯结构。接着，底部平板温度开始下降，顶部平板温度继续上升。大约在 t = 14...

扩散对流（DC）在自然过程和工程应用中广泛存在，其特征是一系列具有均匀对流层和分层界面的阶梯状结构。本文描述了一种在矩形水槽中模拟扩散对流阶梯结构演化过程（包括生成、发展和消失）的实验方法。

扩散对流（DC）发生在垂直分层的密度由两个具有显著不同扩散特性的相反标量梯度控制时……

该方法可用于研究扩散对流阶梯结构动态过程中的关键问题，例如其生成、发展和消失。利用当前的实验装置，我们能够清晰地观察到扩散对流的演化过程，而这一过程在海洋中直接观测极为困难，甚至不可能。收集工作槽的各个组件。这些部件包括铜制的顶板和底板，以及一个亚克力侧壁组件。顶板经过电镀处理，内部封装了一个可通过管道通水的水室，同时还设有热敏电阻的安装位置。底部板也经过电镀，并设有热敏电阻插槽。其内部包含一个加热垫。使用蒸馏水仔细清洁铜板和丙烯酸侧壁。完成后，使用螺丝组装水箱，确保其密封不漏水。该成品水箱长257毫米，高257毫米，宽65毫米。在光学平台上架设不锈钢支撑框架。在框架顶部放置一块隔热板。将所有部件就位后，把组装好的水箱放在隔热板上。将热敏电阻插入顶部和底部的平板中，并将其连接到数据采集系统。热敏电阻监测其插入的平板的温度。接下来，将精密垂直平移台移至指定位置，用于安装探头。通过顶板，将微型电导率和温度测量仪器的传感器放入水箱中。将仪器固定到精密平移台上。现在，设置软件以采集传感器数据和热敏电阻读数。返回水箱处，调整电导率和温度传感器的位置。将传感器的初始位置设在其最低点，即水箱底部上方 20 毫米处。然后，为实验设置平移台的运动参数。采用阴影法监测实验过程。为此，将一张描图纸贴在水箱一侧的外表面。在水箱的另一侧，距离约五米处放置一个光源。为产生近乎平行的光束，使用窄束LED作为光源。在光路中的描图纸前方约一米处放置一台高速摄像机。打开光源和摄像机后，调整它们的位置以获得清晰的图像。准备两个相同的矩形容器用于盛装工作流体。这些水箱与工作水箱尺寸相同。使用一根长度为10厘米的带夹子的柔性管在底部将它们连接起来。将两个水箱放置在相同高度。准备一个带有电动搅拌器的储液罐。然后，将一根50厘米长的柔性管路固定在蠕动泵上。使用该管路将带搅拌器的储液罐与工作罐连接起来。将浓度为每千克60克的盐溶液注入无搅拌器的水箱中。将另一水箱注入等体积的脱气淡水。水箱注满后，松开连接管的夹子。使用电动搅拌器持续均质化混合水。通过蠕动泵控制工作罐中的流速。工作罐约需三小时注满并准备就绪，可供实验使用。进行实验时，使用制冷循环器设定上板的边界条件。在上板处，利用八根软塑料管将水腔连接至制冷循环器。在循环器上，将上板温度设置为室温。现在，将底板的加热垫连接至直流电源，并设置其功率水平。打开摄像机以记录流动模式。开始监测温度和盐度数据。然后，启动传感器的垂直运动。最后，打开制冷循环器和直流电源，以实现工作流体的边界条件。此图为顶板处于室温、底板被加热时拍摄的阴影图像示例。图像中存在三个对流层，其中流体密度是均匀的。此外还有三个界面层，存在较大的密度梯度。该强度波动曲线具有三个与界面相对应的峰值。以下是随时间变化的强度波动剖面的演化过程，揭示了与扩散对流阶梯相关的层的生成、发展和消失。温度剖面和盐度剖面则提供了系统随时间演化的其他视角。在这些剖面中，每条连续线代表在404秒内采集的数据。温度剖面中的每个数据集与前一个数据集相比偏移了1.5摄氏度。盐度剖面中，每个数据集与前一个数据集相比偏移了每千克3克。该方法还可用于模拟海洋中的其他现象，例如全球海洋环流、混合层加深以及热液羽流喷发。如果您希望尝试此实验操作，请务必首先将电导率和温度传感器调整至平移台的最低位置，以防止传感器撞击底部平板。基于所展示的结果，我们可进一步开发关于层厚、热通量以及扩散对流中扩散率的新参数化方法，这将为物理海洋学领域研究海洋中的相关现象提供重要基础。

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环境

扩散对流中阶梯结构的演化

在狭窄的动脉弯曲处植入支架后，容易发生涉及支架完全横向断裂及断裂部分线性位移的“IV型”失效。本文介绍了一种用于检测临床相关“IV型”支架失效下游弯曲动脉模型中二次流（涡旋）结构的实验方案。...

180°弯曲动脉测试段中IV型支架失效模型下游二次流动结构的实验研究

本文介绍了一种实验方案，用于演示当水被引入温度远低于水的冰点的低温盐水浴（作为二次制冷剂）时冰的生成过程。该方法可作为工业上制冰的一种替代方式。...

冰的生成及向低温盐水浴中引入水时的传热与传质现象

本文介绍了一种用于研究被动示踪剂在层流压力驱动流动中扩散行为的实验方案。该方法适用于多种毛细管管道几何结构。...

层流剪切流中被动示踪剂的扩散

提供了一种简单的方法，用于制备不同尺寸、形状和材料的半浸润微结构。该方法结合了物理压印、PDMS molding（聚二甲基硅氧烷成型）以及薄膜表面修饰技术。 通过 常见的材料沉积技术...

可扩展的印章印刷与定向导流表面的制备

本实验方案的目标是通过化学花园注入实验形成模拟的海底热液烟囱，并利用可3D打印的冷凝器在无机沉淀膜上引入热梯度，该冷凝器可重复制作，适用于教学目的。...

在热梯度环境中模拟早期地球热液烟囱

本文介绍了如何在双曲面肖伯格漏斗中产生三种不同的水涡流态，阐述了这些流态最重要的特征，并说明了如何计算相关参数，例如氧气传递速率。...

自由表面双曲型水涡的制备

发电厂烟气是一种廉价的CO2 藻类生长的来源。我们已构建了原型 "烟气用于藻类培养" 系统，并描述了如何放大藻类培养过程。我们展示了利用传质生物反应模型来模拟和设计烟气最优操作条件以促进藻类生长的方法。 小球藻 藻类光生物反应器中的sp.

通过计算机模拟优化烟气参数以促进光生物反应器中微藻的生长

熊蜂蜂巢内的微生物群落可富集并保存花粉，以供蜂幼虫食用。本文通过高通量测序技术，结合实验室和野外实验，描述了用于验证以下假设的实验方案：杀菌剂残留会改变花粉微生物组结构和蜂群种群特征，最终导致蜂群衰退。...

实证、宏基因组学与计算技术揭示杀菌剂损害蜜蜂健康的作用机制

饮用水源中蓝藻毒素的存在是供水管理机构关注的主要问题。为评估水体污染风险，本文介绍了一种利用抗体微阵列芯片在现场检测液体和固体样品中蓝藻菌株的实验方案。...

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本研究介绍了一种利用海洋细菌Vibrio...

利用海洋细菌 Vibrio anguillarum 评估环境污染物急性毒性的生态毒理学方法

探索扩散对流阶梯结构的动态演化过程，包括其生成、发展和消失等关键问题。本实验采用铜板和丙烯酸侧壁构建矩形水槽，利用热敏电阻和阴影成像技术进行观测，为海洋物理研究提供新的参数化方法。

扩散对流中阶梯状结构的演化

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