Article de méthode

Évolution des Structures d’escalier de Convection diffusion

DOI :

10.3791/58316

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5 septembre 2018

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1State Key Laboratory of Tropical Oceanography, South China Sea Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences

Dans cet article

Résumé

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Convection diffusion (DC) se produit couramment dans les processus naturels et les applications d’ingénierie, caractérisées par une série d’escaliers avec des couches de convection homogènes et interfaces stratifiés. Une procédure expérimentale est décrite pour simuler le processus d’évolution de la structure d’escalier DC, y compris la génération, le développement et la disparition, dans un récipient rectangulaire.

Résumé

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Convection diffusion (DC) se produit lorsque la verticale stratifiée densité est contrôlée par deux opposés des gradients scalaires qui ont nettement différents coefficients de diffusion moléculaires et les gradients scalaire de diffusivité plus grands et plus petits ont négatifs et positifs contributions pour la distribution de la densité, respectivement. Le contrôleur de domaine se produit dans de nombreux processus naturels et les applications d’ingénierie, par exemple, océanographie, astrophysique et la métallurgie. Dans les océans, une des caractéristiques plus remarquables du DC est que les profils verticaux de température et de salinité sont structure en escalier, composée d’étapes consécutives avec des couches épaisses de convection homogènes et interfaces relativement minces et forte pente. Les escaliers de DC ont été observés chez de nombreux Océans, en particulier dans l’Arctique et l’Antarctique des Océans et jouent un rôle important sur la circulation océanique et les changements climatiques. Dans l’océan Arctique, il existe des escaliers de DC-l’échelle du bassin et persistants dans les océans profonds et supérieurs. Le processus de DC a un effet important sur la diapycnal de mélange dans l’océan supérieur et peuvent influencer considérablement la surface-fonte des glaces. Par rapport aux limites des observations sur le terrain, expérience en laboratoire montre son unique avantage d’examiner efficacement les processus dynamiques et thermodynamiques dans DC, parce que les conditions aux limites et les paramètres contrôlés sont strictement réglables. Ici, un protocole détaillé est décrit pour simuler le processus d’évolution de la structure d’escalier DC, y compris de sa génération, le développement et la disparition, dans un récipient rectangulaire remplie d’eau salée stratifiée. Le montage expérimental, processus d’évolution, analyse et discussion des résultats sont décrites en détail.

Introduction

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Double convection diffusion (DDC) est l’un des plus importants processus mélange verticales. Elle survient lorsque la distribution de la densité verticale de la colonne d’eau stratifiées est contrôlée par deux ou plusieurs gradients de composantes scalaires de directions opposées, où les composants ont nettement différents coefficients de diffusion moléculaire1. Il est largement présent en océanographie2, l’atmosphère3, géologie4, astrophysique5,6de la science des matériaux, métallurgie7et génie archite....

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Protocole

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1. travail de réservoir

Remarque : L’expérience est réalisée dans une cuve rectangulaire. Le réservoir comprend les plaques supérieure et inférieure et un mur latéral. Les plaques supérieure et inférieure sont en cuivre avec surfaces électrolytiques. Il y a une chambre de l’eau dans la plaque supérieure. Un coussin de chauffage électrique est inséré dans la plaque de fond. La paroi latérale est en Plexiglas transparent. La taille du réservoir est fx = 257 mm (longueur), Ly = 65 mm (largeur) et Lz = 257 mm (hauteur). L’épaisseur de la paroi latérale est de 9,5 mm.

  1. Nettoyer les plaques de cuivre et l....

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Résultats

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La figure 1 illustre le schéma de l’installation expérimentale. Ses composants sont décrites dans le protocole. Les parties principales sont indiquées dans la Figure 1 a et le réservoir de travail détaillée est illustré à la Figure 1 b. La figure 2 illustre les variations de température au fond (Tb, la courbe rouge) et les plaques de haut (T,t, la courbe noire). Il est indiqué que .......

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Discussion

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Un plan expérimental détaillé est décrit dans cet article pour simuler les structures d’escalier DC thermohaline dans une cuve rectangulaire. Une stratification de densité linéaire initiale du fluide de travail est construite à l’aide de la méthode de deux-réservoir. La plaque supérieure est maintenue à une température constante et le fond un flux de chaleur constant. Le processus de toute l’évolution de l’escalier de la DC, y compris de sa génération, le développement, mergence et disparition, sont visualisés avec la te.......

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Déclarations de divulgation

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Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Remerciements

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Ce travail a été soutenu par les subventions chinoises NSF (41706033, 91752108 et 41476167), les subventions Grangdong NSF (2017A030313242 et 2016A030311042) et les LTO concession (LTOZZ1801).

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
RéservoirPièce sur mesure
PlexiglasPièce sur mesure
Coussinélectrique Pièce sur mesure
EauFournisseurs multiples
Table optiqueLiansheng Inc.MRT-P/B
ThermiostorsPièce sur mesure
Multimètre numériqueKeithley IncModèle 2700
Instrument de conductivité et de température à l’échelle microscopique (MSCTI)PME. Inc.Modèle 125
Acquisition de données multifonction (MDA)MCC. Inc.USB-2048
Platine de translation de précision motorisée (MPTS)Thorlabs Inc.LTS300
PapierPlusieurs fournisseurs
LampePlusieurs fournisseurs
CaméscopeSony Inc.XDR-XR550
douce dégazéePièce sur mesure
EauPièce sur mesure
Tube flexible Fournisseurs
multiples Agitateur magnétique électrique  ;Meiyingpu Inc.MYP2011-100
Pompe péristaltiqueZhisun Inc.DDBT-201
Circulateur réfrigéréPolyscience Inc.Modèle 9702
Tube souple en plastique Fournisseursmultiples
Alimentation en courant continuGE Inc.GPS-3030
MatlabMathWorks Inc.R2012a
rectangulaire chauffant distillée calque LED Eau salée

Références

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  1. Turner, J. S. Buoyancy Effects in Fluids. , Cambridge Univ. Press, N. Y. 367(1973).
  2. Schmitt, R. W. Double diffusion in oceanography. Annual Review of Fluid Mechanics. 26, 255-285 (1994).
  3. Turner, J. S., Gustafson, L. B. Fluid motions and compositional gradients produced by crystallization or melting at ver....

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Mots-clés

Structure en escaliertechnique de shadowgraphiecapteur de conductivit et de temp ratureplatine de translation de pr cisioneau saline stratifi ed veloppement de la g n ration de couchesprofil de temp rature et de salinitsimulation de la circulation oc aniqueconfiguration du bac exp rimental

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